高中物理鲁科版必修1第4节 超重与失重课时作业

鲁科版〔2021〕高中物理必修第一册第5章牛顿运动定律

第5节超重与失重课后练习

一、单项选择题

1.中国将于2021年左右建成的空间站，将成为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地，可以预见，随着航天员在轨道舱内停留时间的增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节，以下器材适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是〔   〕           

A. 哑铃                                B. 跑步机                                C. 单杠                                D. 弹簧拉力器

2.如下图，在竖直方向运动的电梯，其顶部挂有一个弹簧测力计，弹簧测力计的下端挂了一个重物，电梯做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为9N，关于电梯的运动，以下说法正确的选项是〔g取10m/s2〕〔   〕 

A. 电梯可能向下减速运动，加速度大小为1m/s2
B. 电梯可能向下加速运动，加速度大小为1m/s2
C. 电梯可能向上加速运动，加速度大小为0.9m/s2
D. 电梯可能向下加速运动，加速度大小为0.9m/s2

3.载人飞船在发射和返回地面的过程中，都具有很大的、竖直向上的加速度，会使宇航员的大脑暂时缺血，而发生“黑视〞。那么以下说法正确的选项是〔   〕           

A. 飞船发射时，宇航员处于失重状态
B. 飞船返回地面的过程中，宇航员处于失重状态
C. 飞船发射瞬时宇航员的重力变大
D. 飞船发射时宇航员对座椅压力大于重力，返回地面的过程中宇航员对座椅压力也大于重力

4.太空舱围绕地球做匀速圆周运动时，太空舱内的物体〔     〕           

A. 处于完全失重状态，所受重力为零                            B. 处于完全失重状态，所受重力不为零
C. 处于失重状态但不是完全失重，所受重力不为零      D. 处于平衡状态，所受合力为零

5.一个人站在磅秤上，在他下蹲的过程中，磅秤的示数将(    )           

A. 先大于体重，后小于体重，最后等于体重           B. 先小于体重，后大于体重，最后等于体重
C. 先小于体重，后等于体重                                      D. 先大于体重，后等于体重

6.某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一根弹簧秤，使其测量挂钩向下，并在钩上悬挂一个重为10 N的钩码，弹簧秤弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出〔如下图〕。下面分析正确的选项是 〔   〕 

A. 从时刻t1到时刻t2钩码处于超重状态
B. 从时刻t3到时刻t4钩码处于失重状态
C. 电梯可能开始在15楼，先加速向下，再匀速向下，再减速向下，最后停在1楼
D. 电梯可能开始在1楼，先加速上升，再匀速向上，再减速向上，最后停在15楼

7.如下图，人在水平地面做快速“下蹲〞运动，设人的重力为G，以下说法正确的选项是〔     〕 

A. 人对地面的压力一直大于G                                  B. 地面对人的支持力一直等于G
C. 人对地面的压力先小于G，后大于G                    D. 人对地面的压力先大于G，后小于G

8.金属小桶侧面有一小孔A，当桶内盛水时，水会从小孔A中流出。如果让装满水的小桶自由下落，不计空气阻力，那么在小桶自由下落过程中〔     〕 

A. 水继续以相同的速度从小孔中喷出                      B. 水不再从小孔喷出
C. 水将以更大的速度喷出                                        D. 水将以较小的速度喷出

9.在以下几种情况中，升降机绳索对同一悬挂物体拉力最小的是〔   〕           

A. 以很大的速度匀速上升                                       B. 以很小的速度匀速下降
C. 以较小的加速度减速下降                                    D. 以较小的加速度加速下降

10.某人在地面上最多可举起50kg的物体，某时他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60kg的物体，据此判断此电梯加速度的大小和方向〔g=10m/s2〕〔 〕           

A. 2m/s2 竖直向上            B. m/s2竖直向上            C. 2m/s2竖直向下            D. m/s2竖直向下

11.在杯底固定一个弹簧，上端系一密度小于水的木球，然后在杯中装水，使木球全部浸没入水中，此时弹簧长L，〔如图〕现令杯从高处自由下落，弹簧的长度为L1  ， 那么〔   〕 

A. L>L1                           B. L=L1                           C. L<L1                           D. 无法比拟L和L1的长短

12.以下关于各项体育运动的解释正确的选项是(    )           

A. 蹦床运发动在空中上升到最高点时处于超重状态
B. 跳高运发动在越杆时处于平衡状态
C. 举重运发动把杠铃举过头停在最高点时，杠铃处于平衡状态
D. 跳远运发动助跑是为了增加自己的惯性，以便跳得更远

二、填空题

13.在“探究超重与失重的规律〞实验中，得到了如右图所示的图线.图中的实线所示是某同学利用力传感器悬挂一个砝码在竖直方向运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力的大小变化情况.从图中可以知道该砝码的重力约为________N，A、B、C、D四段图线中砝码处于超重状态的为________，处于失重状态的为________.

14.地球同步卫星绕地球运转的周期为________小时〔取整数〕，假设将一质量为10kg的物体用弹簧秤悬挂在同步卫星内，弹簧秤的读数为________ N．   

15.一个重500N的同学站在电梯的水平底板上〔如下图〕．当电梯匀速上升时，该同学对电梯底板的压力________ 500N；当电梯加速上升时，该同学对电梯底板的压力________ 500N；当电梯减速上升时，该同学对电梯底板的压力________ 500N〔每空均选填“大于〞、“小于〞或“等于〞〕．
 

16.建筑工人用图所示的定滑轮装置运送建筑材料．质量为100kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20kg的建筑材料以0.5m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，那么工人对地面的压力大小为________ 〔g取lOm/s2〕
 

三、解答题

17.质量为m=50kg的小孩子站在电梯内的体重计上，电梯从t=0时刻由静止开始上升，在0到6s内体重计示数F的变化如下图，试问：在这段时间内电梯上升的高度是多少？〔取重力加速度g=10m/s2〕
 

18.一个人用一条质量可不计的细绳从井中竖直向上提一桶水，细绳所能承受的最大拉力为300N．水桶装满水后，水与水桶的总质量为20kg．那么人向上提升的最大加速度为多大．   

19.某人在地面上最多能举起质量为60kg的物体，而在一个加速下降的电梯里他最多能举起质量为80kg的物体，求此时电梯的加速度大小是多少？〔g取10m/s2〕   

答案

一、单项选择题

1.【答案】 D  

【解析】在太空中万有引力全部提供向心力，完全失重状态，所以与重力有关的现象将消失，哑铃靠重力进行锻炼；跑步机靠摩擦力进行运动，摩擦力必须有压力，需要重力；单杠靠自身重力进行锻炼，弹簧拉力器不需要重力，ABC不符合题意D符合题意。

故答案为：D

2.【答案】 B  

【解析】电梯匀速直线运动时，弹簧秤的示数为10N，知重物的重力等于10N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为9N时，对重物有： ，

解得： ，

方向竖直向下，那么电梯的加速度大小为1m/s2  ， 方向竖直向下。

AB．电梯可能向下做加速运动，加速度大小为1m/s2  ， A不符合题意B符合题意；

CD．电梯也可能向上做减速运动，加速度大小为1m/s2  ， CD不符合题意；

故答案为：B。

3.【答案】 D  

【解析】AC.飞船发射加速上升时，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，宇航员的重力不变，A、C不符合题意；

B.飞船返回地面的过程中，加速度方向向上，宇航员处于超重重状态，B不符合题意；

D.飞船发射加速上升时，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，飞船在落地向下前减速，加速度方向向上，宇航员处于超重状态，宇航员对座椅的压力都大于其重力，D符合题意。

故答案为：D

4.【答案】 B  

【解析】太空舱内进入轨道做匀速圆周运动，万有引力完全用以提供其向心力，舱内的物体处于完全失重状态，但仍然受到重力作用。可见ACD错，B正确。
故答案为：B
5.【答案】 B  

【解析】〔1〕当此人突然下蹲时，人向下加速，具有向下的加速度，人处于失重状态，根据牛顿第二定律分析可知测力计对人的支持力小于人的重力，根据牛顿第三定律，那么人对测力计的压力也小于人的重力；〔2〕当人继续下蹲，快蹲到底时，人开始向下减速，具有向上的加速度，人处于超重状态，根据牛顿第二定律分析可知测力计对人的支持力大于人的重力，根据牛顿第三定律，那么人对测力计的压力也大于人的重力；〔3〕当人站在测力计上静止不动时，测力计的示数等于人的重力。故该人下蹲过程中，磅秤的示数先小于体重，后大于体重，最后等于体重。B符合题意，ACD不符合题意；

故答案为：B。

6.【答案】 C  

【解析】从时该t1到t2  ， 钩码受到的拉力小于重力时，钩码处于失重状态，加速度向下，A不符合题意；从时刻t3到t4  ， 钩码受到的拉力大于重力，钩码处于超重状态，加速度向上，B不符合题意；如果电梯开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层，那么应该是拉力先等于重力、再小于重力、然后等于重力、大于重力、最后等于重力，C符合题意；如果电梯开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层，那么应该从图象可以得到，拉力先等于重力、再大于重力、然后等于重力、小于重力、最后等于重力，D不符合题意。

故答案为：C

 7.【答案】 C  

【解析】下蹲加速阶段，加速度方向向下，根据牛顿第二定律得，mg﹣N＝ma，那么N＝mg﹣ma＜mg，所以压力F＜G．下蹲过程减速阶段，加速度方向向上，根据牛顿第二定律得，N﹣mg＝ma，那么N＝mg+ma＞mg，所以压力F＞G．所以人对地面的压力先小于G，后大于G，ABD不符合题意，C符合题意。

故答案为：C。

8.【答案】 B  

【解析】解：水桶自由下落，处于完全失重状态，故其中的水也处于完全失重状态，对容器壁无压力，故水不会流出；

故答案为：B．

9.【答案】 D  

【解析】A、物体以很大匀速上升或以很小的速度匀速下降时，物体做匀速直线运动，受的拉力与重力也是一对平衡力，所以拉力等于重力，AB不符合题意；

C、以较小的加速度减速下降时，加速度方向向上，物体处于超重状态，故拉力大于重力，C不符合题意；

D、以较小的加速度加速下降时，加速度方向向下，物体处于失重状态，故拉力小于重力，此时绳的拉力最小，D符合题意。

故答案为：D

10.【答案】 D  

【解析】由题意某时他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60kg的物体，知物体处于失重状态，此人最大的举力为F=mg=50×10N=500N．那么由牛顿第二定律得，m′g-F=m′a，解得 ．方向向下．

故答案为：D．

11.【答案】 A  

【解析】小球开始受重力、浮力和弹簧的拉力处于平衡，此时弹簧处于伸长状态；当杯从高处自由下落时，处于完全失重状态，浮力消失，小球的加速度向下，大小为g，那么弹簧的拉力为零，形变量为零，弹簧恢复到原长状态，此时弹簧的长度比开始变短了；故L＞L1；

故答案为：A。

12.【答案】 C  

【解析】A项：蹦床运发动在空中上升到最高点时只受到重力的作用，加速度为重力加速度，处于失重状态，所以A不符合题意；

B项：平衡状态指的是物体处于静止或者是匀速直线运动状态，跳高运发动在越杆时，受到重力的作用，不是受力平衡状态，所以B不符合题意；

C项：举重运发动在举铃过头停在最高点时，玲处于静止状态，受力平衡，所以C符合题意；

D项：惯性的大小只与物体的质量有关，跳远运发动助跑不是在增加自己的惯性，所以D不符合题意。

故答案为：C。

二、填空题

13.【答案】4〔3.9-4.2〕；AD；BC 

【解析】从图中可知，力不变时约为4N，即砝码的重力约为4N；当示数变大时超重为A、D；当示数变小时失重为B、C。

14.【答案】24；0 

【解析】解：地球同步卫星绕地球运转的周期等于地球自转的周期，为24小时．物体用弹簧秤悬挂在同步卫星内，处于完全失重状态，弹簧秤的读数为 0．故答案为：24，0．
15.【答案】等于；大于；小于 

【解析】解：重500N的同学站在电梯的水平底板上．当电梯匀速上升时，该同学处于平衡状态，受力平衡，所以该同学对电梯底板的压力 等于其重力，即等于500N；当电梯加速上升时，加速度的方向向上，该同学处于超重状态；该同学对电梯底板的压力大于500N；当电梯减速上升时，加速度的方向向下，该同学处于失重状态，所以该同学对电梯底板的压力 小于500N．
故答案为：等于，大于，小于
16.【答案】790N 

【解析】解：先研究物体，以加速度0.5m/s2匀加速被拉升，受力分析：重力与绳子的拉力．
那么有：F﹣mg=ma
解得：F=210N，
再研究工人，受力分析，重力、绳子拉力、支持力，处于平衡状态．
那么有：Mg=F+F支
解得：F支=790N，
由牛顿第三定律可得：F压=790N
故答案为：790N

三、解答题

17.【答案】解：由图可知，在t=0到t1=2s的时间内，体重计的示数大于mg，故电梯应向上做匀加速运动．设在这段时间内体重计对小孩子的支持力为F1  ， 电梯的加速度为a1  ， 根据牛顿第二定律，得：
  F1﹣mg=ma1
可得 a1=0.8m/s2 ．
在这段时间内电梯上升的高度  h1= a1t12= =1.6m
t1=2s时刻电梯的速度，即 v1=a1t1=0.8×2=1.6m/s
在t1=2s到t2=5s的时间内，体重计的示数等于mg，故电梯匀速上升，在这段时间内电梯上升的高度 h2=v1t2=1.6×3m=4.8m
在t2到t3=6s的时间内，体重计的示数小于mg，故电梯应减速上升．设这段时间内体重计作用于小孩子的作用力大小为F2  ， 电梯的加速度大小为a2  ， 由牛顿第二定律，得：
  mg﹣F2=ma2
可得 a2=1.6m/s2 ．
在这段时间内电梯上升的高度  h3=v1〔t3﹣t2〕﹣ a2〔t3﹣t2〕2=1.6×1﹣ ×1.6×12=0.8m
电梯上升的总高度 h=h1+h2+h3=7.2m
答：在这段时间内电梯上升的高度是7.2m． 

【解析】零到两秒物体处于超重，二到五秒匀速，五到六秒物体处于减速运动状态。根据牛顿第二运动定律列方程求解。i

18.【答案】解：假设用细绳匀速提升水桶时，绳的拉力与水桶的重力大小相等，但如果向上加速拉水桶时，绳子的拉力那么大于水桶的重力．
根据牛顿第二定律知：F﹣mg=ma，
即：F=mg+ma．
加速度越大，需用的拉力就越大．最大拉力为：
Fmax=mg+mamax ．
代入数值得：amax= =5 m/s2  ，
即人向上提水桶的最大加速度为5 m/s2 ．
答：人向上提升的最大加速度为5m/s2 ．  

【解析】以水桶为研究对象，拉力最大时加速度最大，根据牛顿第二定律列方程求解．

19.【答案】解：由题意知，此人最大的举力：
F=m1g═60kg×10N/kg=600N，
在加速下降的电梯里，人最多能举起质量为80kg的物体，由牛顿第二定律得：
m2g﹣F=m2a，
解得：a=g﹣ =10m/s2﹣ m/s2=2.5m/s2 ．
答：此时电梯的加速度大小是2.5m/s2 ．  

【解析】首先根据平衡条件求出人举物体的最大力，然后根据牛顿第二运动定律，结合失重进行求解。