高中物理教科版 (2019)必修 第一册7 超重与失重课后复习题

7　超重与失重

基础过关练　　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　

题组一　对超重、失重现象的理解

1.在太空站完全失重的环境中,下列仪器能继续使用的是　 (　　)

A.水银气压计　　　　B.体重计

C.打点计时器　　　　D.天平

2.(2021山东聊城高一期末)某同学研究超重和失重现象。将一矿泉水瓶底部钻一小孔后装满水,打开瓶盖,现将此矿泉水瓶竖直向上抛出,矿泉水瓶始终保持底部朝下,重力加速度大小为g,忽略空气阻力,则关于矿泉水瓶被抛出后,在空中运动的过程,下列说法正确的是              (　　)

A.当矿泉水瓶向上运动时,底部有水漏出,向下运动时,底部没有水漏出

B.当矿泉水瓶向上运动时,底部没有水漏出,向下运动时,底部有水漏出

C.无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动,底部都有水漏出

D.无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动,底部都没有水漏出

3.(2020湖南邵东第一中学高一月考)(多选)如图所示,是某同学站在压力传感器上做下蹲、起立的动作时记录的压力随时间变化的图线,由图线可知,该同学的体重约为650 N,在2~8 s时间内              (　　)

A.该同学做了一次下蹲再起立的动作

B.该同学做了两次下蹲再起立的动作

C.下蹲过程中人一直处于失重状态

D.下蹲过程中人先处于失重状态后处于超重状态

4.(2020辽宁开原第二高级中学月考)如图所示,人站在电动扶梯的水平台阶上,假定人与扶梯一起沿斜面加速上升,在这个过程中,以下说法正确的是               (　　)

A.台阶对人的摩擦力方向延扶梯向上

B.台阶对人的总作用力方向沿竖直向上

C.在此过程中人处于失重状态

D.人对台阶的压力大小等于台阶对人的支持力的大小

题组二　应用牛顿第二定律解决超重和失重问题

5.(2021福建莆田二十五中高三上第二次月考)(多选)如图所示,电梯的顶部挂一个弹簧测力计,弹簧测力计下端挂了一个质量为1 kg的重物,电梯匀速直线运动时,弹簧测力计的示数为10 N。在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12 N。关于电梯的运动,以下说法正确的是(g取10 m/s2)              (　　)

A.电梯可能向上加速运动,加速度大小为2 m/s2

B.电梯可能向下加速运动,加速度大小为4 m/s2

C.电梯可能向上减速运动,加速度大小为4 m/s2

D.电梯可能向下减速运动,加速度大小为2 m/s2

6.(多选)如图所示,质量为m1=2 kg的物体A经跨过定滑轮的轻绳与质量为M=5 kg的箱子B相连,箱子底板上放一质量为m2=1 kg的物体C。不计定滑轮的质量和一切阻力,取g=10 m/s2。在箱子加速下落的过程中,下列说法正确的是              (　　)

A.物体A处于失重状态,加速度大小为10 m/s2

B.物体A处于超重状态,加速度大小为5 m/s2

C.物体C处于失重状态,对箱子的压力大小为5 N

D.轻绳对定滑轮的作用力大小为60 N

7.(2020广东广州增城月考) 一位在地面上最多可以举起1 500 N重物的人,在某竖直运动的电梯中最多可以举起2 000 N 的重物,g=10 m/s2,该电梯的运动可能是              (　　)

A.以3.3 m/s2的加速度加速下降

B.以3.3 m/s2的加速度减速下降

C.以2.5 m/s2的加速度加速上升

D.以2.5 m/s2的加速度减速上升

8.某航天员的质量为63 kg(装备质量不计),假设飞船以加速度8.6 m/s2竖直加速上升,g取9.8 m/s2。

(1)此时该航天员对座椅的压力多大?

(2)该航天员训练时承受的压力可达到8g,这表示什么意思?

(3)当飞船返回地面,减速下降时,该航天员应该有什么样的感觉?

能力提升练　　　　　　

题组一　对超重、失重现象的理解

1.(2021黑龙江哈尔滨一中高三上开学考试,)“蹦极”是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空P点自由下落,图中a点是弹性绳的原长位置,c是人所到达的最低点,b是人静止悬吊时的平衡位置,空气阻力不计,则人从P点落到最低点c的过程中              (　　)

A.人从a点开始做减速运动,一直处于失重状态

B.在ab段绳的拉力小于人的重力,人处于超重状态

C.在bc段绳的拉力大于人的重力,人处于超重状态

D.在c点,人的速度为零,其加速度也为零

2.(2020安徽高三月考,)一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重,一个可乘10多个人的环形座舱套在竖直柱子上由升降机先送上几十米的高处,然后让座舱自由落下,落到一定位置,制动系统启动,到地面时刚好停下,整个下落过程中(　　)

A.一直处于失重状态

B.先失重后超重

C.一直处于超重状态

D.先超重后失重

3.(2020黑龙江哈尔滨九中高一期末,)广州塔,昵称小蛮腰,总高度达600米,游客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台。若电梯简化成只受重力与绳索拉力,已知电梯在t=0时由静止开始上升,a-t图像如图所示。则下列相关说法正确的是              (　　)

A.t=4.5 s时,电梯处于失重状态

B.5~55 s时间内,绳索拉力最小

C.t=59.5 s时,电梯处于超重状态

D.t=60 s时,电梯速度恰好为零

题组二　超重和失重的分析与计算

4.(2021山东兖矿一中高三上月考,)一人站在体重计上,当他静止时体重计上的指针指在45 kg刻度处,则在他快速蹲下的整个过程中,

体重计上的指针 (　　)

A.一直指在大于45 kg刻度处

B.一直指在小于45 kg刻度处

C.先指在大于45 kg刻度处,后指在小于45 kg刻度处

D.先指在小于45 kg刻度处,后指在大于45 kg刻度处

5.(2021北京四十三中高三上开学考试,)如图所示,兴趣小组的同学为了研究竖直运动的电梯中物体的受力情况,在电梯地板上放置了一个压力传感器,将质量为4 kg的物体放在传感器上,在电梯运动的某段过程中,传感器的示数为44 N,g取10 m/s2。对此过程的分析正确的是              (　　)

A.物体受到的重力变大

B.物体的加速度大小为1 m/s2

C.电梯正在减速上升

D.电梯的加速度大小为4 m/s2

6.(2021山东济宁高一月考,)一物体挂在弹簧测力计下,弹簧测力计的上端固定在电梯的天花板上,在下列哪种情况下弹簧测力计的读数最大(重力加速度为g)(　　)

A.电梯匀加速上升,且a=

B.电梯匀加速下降,且a=

C.电梯匀减速上升,且a=

D.电梯匀减速下降,且a=

7.(2021江苏南京六校联合体高三上调研,)图甲是某人站在接有压力传感器的平板上做下蹲、起跳和回落动作的示意图,图中的小黑点表示人的重心。图乙是平板所受压力随时间变化的图像,取重力加速度g=10 m/s2。根据图像分析可知(　　)

A.人的重力可由b点读出,约为300 N

B.b到c的过程中,人先处于超重状态再处于失重状态

C.人在双脚离开平板的过程中,处于完全失重状态

D.人在b点对应时刻的加速度大于在c点对应时刻的加速度

答案全解全析

基础过关练

1.C　在太空站完全失重的环境中,一切和重力有关的仪器都不能使用,故水银气压计、体重计和天平都不能使用;而打点计时器的使用与重力无关,可继续使用,选项C正确。

2.D　抛出后在空中向上或向下运动的矿泉水瓶只受重力的作用,即处于失重状态,失重状态下的瓶内液体内部没有压力,所以无论矿泉水瓶向上或者向下运动,水都不会漏出来,故A、B、C错误,D正确。

3.AD　人下蹲过程中分别有失重和超重两个过程,先是加速下降,处于失重状态,到达一个最大速度后再减速下降,处于超重状态,故C错误,D正确;同理,起立对应先超重再失重,对应图像可知,该同学做了一次下蹲再起立的动作,故A正确,B错误。

4.D　人站在电动扶梯的水平台阶上,沿斜面加速上升,受到重力、支持力和摩擦力作用,台阶对人的摩擦力方向水平向右,故A错误;台阶对人的总作用力为支持力和摩擦力的合力,方向斜向右上方,故B错误;人在竖直方向上有向上的加速度,处于超重状态,故C错误;人对台阶的压力与台阶对人的支持力属于相互作用力,等大反向,故D正确。

5.AD　电梯做匀速直线运动时,弹簧测力计的示数为10 N,知重物的重力等于10 N;在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12 N,对重物有F-mg=ma,解得a=2 m/s2,方向竖直向上,则电梯的加速度大小为2 m/s2,方向竖直向上,电梯可能向上做加速运动,也可能向下做减速运动,故A、D正确,B、C错误。

6.BCD　物体A加速上升,处于超重状态,取A、B、C整体为研究对象,由牛顿第二定律得(M+m2)g-m1g=(M+m1+m2)a,代入数据得加速度a=5 m/s2,A错误,B正确;物体C加速下降,处于失重状态,对C分析有m2g-N=m2a,得N=5 N,C正确;对A分析有T-m1g=m1a,得T=30 N,结合牛顿第三定律得轻绳对定滑轮的作用力大小为2T=60 N,D正确。

7.D　由题意知,此人最大的举力为1 500 N,而他在竖直运动的电梯中最多可以举起2 000 N的重物,可知重物处于失重状态。由牛顿第二定律得mg-F=ma,解得a== m/s2=2.5 m/s2,方向竖直向下,电梯可能减速上升,也可能加速下降,故D正确,A,B,C错误。

8.答案　(1)1 159.2 N　(2)见解析　(3)见解析

解析　(1)对该航天员受力分析如图所示,

由牛顿第二定律F=ma,得N-mg=ma,即N=mg+ma=m(g+a)=63×(9.8+8.6) N=1 159.2 N。

由牛顿第三定律知,该航天员对座椅的压力和座椅对张晓光的支持力互为作用力与反作用力,

则N'=N=1 159.2 N。

(2)表示该航天员可承受大小为自身重力8倍的压力。

(3)当飞船减速下降时,飞船的加速度竖直向上,处于超重状态,该航天员应有超重的感觉。

能力提升练

1.C　在Pa段绳还没有被拉长,人做自由落体运动,所以处于完全失重状态,在ab段绳的拉力小于人的重力,人受到的合力向下,有向下的加速度,处于失重状态;在bc段绳的拉力大于人的重力,人受到的合力向上,有向上的加速度,处于超重状态,故A、B错误,C正确;在c点,绳的形变量最大,绳的拉力最大,人受到的合力向上,有向上的加速度,处于超重状态,故D错误。

2.B　开始制动前,座舱做自由落体运动,处于失重状态,制动后,向下做减速运动,则物体处于超重状态,故B正确,A、C、D错误。

3.D　利用a-t图像可判断:t=4.5 s时,电梯有向上的加速度,电梯处于超重状态,则选项A错误;0~5 s时间内,电梯处于超重状态,拉力大于重力,5~55 s时间内,a=0,电梯处于匀速上升过程,拉力等于重力,55~60 s时间内,电梯处于失重状态,拉力小于重力,综上所述,选项B、C错误;因a-t图线与t轴所围的“面积”代表速度改变量,而图中横轴上方的“面积”与横轴下方的“面积”相等,且电梯初速度为零,则电梯的速度在t=60 s时为零,选项D正确。

4.D　人先是加速下降,有向下的加速度,此时的人对体重计的压力减小,后是减速下降,有向上的加速度,此时的人对体重计的压力增加,则体重计上的指针先指在小于45 kg刻度处,后指在大于45 kg刻度处,所以A、B、C错误,D正确。

5.B　电梯中的物体处于超重、平衡、失重状态时是因为加速度不同,本身的重力不变,选项A错误;由牛顿第二定律可知F-mg=ma,而由牛顿第三定律得F=F压=44 N,解得a=1 m/s2,故选项B正确,D错误,加速度向上,电梯可能加速上升或减速下降,选项C错误。

6.D　电梯匀加速上升或匀减速下降时,物体处于超重状态,弹簧测力计的拉力大于物体的重力;而电梯匀加速下降或匀减速上升时,物体处于失重状态,弹簧测力计的拉力小于物体的重力,因此B、C错误;根据牛顿第二定律,可得A选项中的弹簧测力计的拉力F1=mg,D选项中的弹簧测力计的拉力F2=mg,由于F1<F2,故选项D正确。

7.C　开始时人处于平衡状态,人对平板的压力约为900 N,人的重力也约为900 N,故A错误;当人对平板的压力小于人的真实重力时,就说人处于失重状态,此时有向下的加速度;当人对平板的压力大于人的真实重力时,就说人处于超重状态,此时有向上的加速度。b到c的过程中,人先处于失重状态再处于超重状态,故B错误;人在双脚离开平板的过程中只受重力的作用,处于完全失重状态,故C正确;b点弹力与重力的差值要小于c点弹力与重力的差值,则人在b点的加速度要小于在c点的加速度,故D错误。