高中物理人教版 (2019)必修 第一册6 超重和失重练习

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第6节 超重和失重
考点1超重和失重
1.下列关于超重和失重的说法中,正确的是( )。
A.物体处于超重状态时,其重力增加了
B.物体处于完全失重状态时,其重力为零
C.物体处于超重或失重状态时,其惯性比物体处于静止状态时增大或减小了
D.物体处于超重或失重状态时,其质量及受到的重力都没有发生变化
答案：D
解析：物体处于超重或失重状态时,物体的重力(由地球对物体吸引而产生)本身不会发生变化,所以A、B错误。质量是惯性大小的量度,所以一个物体的惯性不会随物体的运动状态改变而发生变化,所以C错误,D正确。
2.(安徽灵璧一中2018期中考试)(多选)下列有关超重与失重的说法正确的是( )。
A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
B.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态
D.不论是超重、失重或是完全失重,物体所受的重力都没有发生改变
答案：BD
解析：体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时,单杠对他的拉力等于运动员的重力,运动员既不处于超重状态也不处于失重状态,A错误;蹦床运动员在空中上升和下落过程中只受重力,加速度大小等于当地的重力加速度,方向竖直向下,即处于失重状态,B正确;举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内地面对他的支持力等于他和杠铃的重力,运动员和杠铃既不处于超重状态也不处于失重状态,C错误;不论是超重、失重或是完全失重,物体所受的重力都没有发生改变,D正确。
3.(四川绵阳2019模拟)2016年10月17日,我国用长征二号FY11运载火箭将“神州十一号”飞船送入预定转移轨道。关于火箭发射,下列说法正确的是( )。
A.火箭刚离开发射架时,火箭处于失重状态
B.火箭刚离开发射架时,火箭处于超重状态
C.火箭发射时,喷出的高速气流对火箭的作用力大于火箭对气流的作用力
D.火箭发射时,喷出的高速气流对火箭的作用力小于火箭对气流的作用力
答案：B
解析：火箭加速上升时,加速度方向向上,火箭处于超重状态,故A错误,B正确;高速气流对火箭的作用力与火箭对气流的作用力属于作用力与反作用力,所以高速气流对火箭的作用力等于火箭对气流的作用力,故C错误,D错误。故选B。
4.(多选)如图4-6-1所示,质量为50 kg的小红同学站在升降机中的磅秤上,某一时刻她发现磅秤的示数为40 kg,则在该时刻升降机可能是以下列哪种方式运动( )。
图4-6-1
A.匀速上升B.加速上升
C.减速上升D.加速下降
答案：CD
解析：小红同学处于失重状态,必有向下的加速度,即减速上升或加速下降,故C、D两项正确。
5.(辽宁大连2019高一检测)如图4-6-2所示,蹦极是一种极限体育项目,可以锻炼人的胆量和意志。运动员从高处跳下,弹性绳被拉展前做自由落体运动,弹性绳被拉展后在弹性绳的缓冲作用下,运动员下落一定高度后速度减为零。在这下降的全过程中,下列说法中正确的是( )。
图4-6-2
A.弹性绳拉展前运动员处于失重状态,弹性绳拉展后运动员处于超重状态
B.弹性绳拉展后运动员先处于失重状态,后处于超重状态
C.弹性绳拉展后运动员先处于超重状态,后处于失重状态
D.运动员一直处于失重状态
答案：B
解析：以重力和弹力大小相等为临界点,临界点以前为失重,临界点以后为超重,故B项正确。
6.(北京海淀2019高一检测)为了节省能源,某商场安装了智能化的电动扶梯。无人乘行时,扶梯运转得很慢;有人站上扶梯时,它会先慢慢加速,再匀速运转。一顾客乘扶梯上楼,恰好经历了这两个过程,如图4-6-3所示。那么下列说法中正确的是( )。
图4-6-3
A.顾客始终受到三个力的作用
B.顾客始终处于超重状态
C.顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方,再竖直向下
D.顾客对扶梯作用力的方向先指向右下方,再竖直向下
答案：C
解析：顾客加速运动时,受重力、支持力和水平向右的静摩擦力作用,扶梯对顾客的作用力指向右上方,顾客对扶梯的作用力指向左下方,当顾客匀速运动时,顾客只受重力和竖直向上的支持力作用,所以仅C项正确。
7.(上海徐汇2019高一调研)某探究性学习小组探究电梯启动和制动时的加速度大小,小明同学站在体重计上乘电梯从1层到10层,之后又从10层返回到1层,并将体重计示数用照相机进行记录,请认真观察分析图4-6-4甲、乙、丙、丁、戊,得出的正确判断是( )。
图4-6-4
A.根据图乙和图丙,可估测电梯向上启动时的加速度
B.根据图甲和图乙,可估测电梯向上制动时的加速度
C.根据图甲和图戊,可估测电梯向下制动时的加速度
D.根据图丁和图戊,可估测电梯向下启动时的加速度
答案：C
解析：图甲显示该同学实际的体重,图乙显示向上加速超重时的示数,图丙显示向上减速失重时的示数,图丁显示向下加速失重时的示数,图戊显示向下减速超重时的示数,综合图片可知,根据图甲和图丙或图戊估测电梯制动时的加速度,图甲和图乙或图丁可估测电梯启动时的加速度,故C项正确。
8.(广东广雅中学2018高一上期末)(多选)原来做匀速运动的升降机内有一被伸长弹簧拉住的具有一定质量的物体A静止在地板上,如图4-6-5所示,现发现A突然被弹簧拉向右方,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。由此可判断,此时升降机做的运动可能是( )。
图4-6-5
A.加速上升B.减速上升
C.加速下降D.减速下降
答案：BC
解析：当升降机静止时,地板对物体的静摩擦力与弹簧的弹力平衡,且该静摩擦力小于或等于最大静摩擦力。当升降机有向下的加速度时,物体对地板的正压力必然会减小,也就减小了最大静摩擦力,这时的最大静摩擦力小于升降机静止时的静摩擦力,而弹簧的弹力又未改变,故在这种情况下A可能被拉向右方。四个选项中B、C两种情况升降机的加速度是向下的,故选B、C。
9.(湖北襄阳2019高一诊断)某人在地面上最多能举起60 kg的重物,要使此人在升降机中最多能举起100 kg的重物,已知重力加速度g取10 m/s2,则下列说法可能正确的是( )。
A.升降机正加速上升,加速度大小为4 m/s2
B.升降机正加速下降,加速度大小为4 m/s2
C.升降机正减速下降,加速度大小为4 m/s2
D.升降机正减速上升,加速度大小为6 m/s2
答案：B
解析：某人在地面上最多能举起60 kg的物体,则此人的最大举力为F=mg=60×10 N=600 N。在升降机中,对重物根据牛顿第二定律有m'g-F=m'a,解得a=g-Fm'=10-600100 m/s2=4 m/s2,方向竖直向下。故升降机应减速上升或加速下降,加速度大小为4 m/s2。
10.(湖南长沙2019高一调研)(多选)在电梯中,把一重物置于台秤上,台秤与力的传感器相连,电梯从静止加速上升,然后又匀速运动一段时间,最后停止运动;传感器的屏幕上显示出其受的压力与时间的关系图像,如图4-6-6所示,则( )。
图4-6-6
A.电梯启动阶段约经历了2.5 s的加速上升过程
B.电梯在启动阶段约经历了4 s加速上升过程
C.电梯的最大加速度约为6.7 m/s2
D.电梯的最大加速度约为16.7 m/s2
答案：BC
解析：由题图可看出电梯在0~4 s加速上升,4~18 s匀速上升,18~22 s减速上升,所以A项错误,B项正确;最大加速度a=ΔFm=203 m/s2≈6.7 m/s2,故C项正确,D项错误。
11.(河北石家庄2019高一检测)(多选)我国“蛟龙号”载人潜水器在某次试验时,潜水器内的显示屏上显示出了从水面开始下潜到最后返回水面的10 min内全过程的深度—时间图像和速度—时间图像,分别如图4-6-7甲、乙所示,则下列说法中正确的是( )。
图4-6-7
A.图甲中h3代表本次下潜的最大深度,应为360 m
B.全过程中最大加速度是0.025 m/s2
C.潜水员感到超重发生在0~1 min和8~10 min的时间段内
D.潜水员感到超重发生在3~4 min和6~8 min的时间段内
答案：AD
解析：题图甲中h3代表本次下潜最大深度,结合题图乙可得h3=360 m,A项正确;v-t图像的斜率表示潜水器运动的加速度,所以0~1 min和3~4 min的加速度最大,a=130 m/s2,B项错误;当加速度向上时,潜水器处于超重状态,所以潜水员向下做减速运动、向上做加速运动的过程都处于超重状态,故3~4 min和6~8 min内为超重状态,0~1 min和8~10 min内为失重状态,C项错误,D项正确。
12.某大型游乐场内,有一种能使人体验超重、失重感觉的大型娱乐设施,该设施用电梯将乘坐有十多人的座舱悬停在几十米的高空处,然后让座舱从高空自由落下(此时座舱受到的阻力极小,可忽略),当落至一定位置时,良好的制动系统开始工作,使座舱落至地面时刚好静止。假设座舱开始下落时的高度为80 m,当下落至距地面30 m时,开始对座舱进行制动,座舱的制动过程是匀减速运动。
(1)当座舱从开始到下落了20 m时,质量是60 kg的人对座舱的压力为多大?试说明理由。
答案：设座舱距地面30 m时速度为v,h1=80 m-30 m=50 m,h2=30 m。
自由下落过程人和座舱只受重力,此时a=g,由牛顿第二定律得mg-FN1=ma,则FN1=0。
(2)当座舱下落到距离地面10 m位置时,人对座舱的压力与人所受到的重力之比是多少?
答案：设座舱距地面30 m时速度为v,h1=80 m-30 m=50 m,h2=30 m。
开始自由下落的阶段,由运动学公式得
v2=2gh1。①
制动减速阶段,由运动学公式得
-v2=-2ah2。②
由牛顿第二定律得FN2-mg=ma。③
由①②得a=53g。④
由③④得FN2=83mg。
由牛顿第三定律,人对座椅的压力FN2'=FN2,则FN2'mg=83。
13.将金属块m用轻质弹簧卡压在一矩形箱中,如图4-6-8所示,在箱的上底板和下底板有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动。当箱以a=2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时,上、下底板压力传感器分别显示6.0 N和10.0 N(g取10 m/s2)。
图4-6-8
(1)若上底板压力传感器示数为下底板压力传感器示数的一半,试判断箱的运动情况;
答案：当上底板压力传感器示数为6.0 N,下底板压力传感器示数为10.0 N时,
对物体有:mg+F上-F弹=ma,
F弹=F下代入数据得:m=0.50 kg。
弹簧弹力不变mg+F弹2-F弹=ma1,得a1=0。
箱静止或做匀速直线运动
(2)要使上底板压力传感器示数为零,箱沿竖直方向的运动情况可能是怎样的?是超重还是失重状态?
答案：当上底板压力传感器示数为6.0 N,下底板压力传感器示数为10.0 N时,
对物体有:mg+F上-F弹=ma,
F弹=F下代入数据得:m=0.50 kg。
上底板压力为零,取向上为正,则F弹-mg=ma2;代入数据得:a2=10 m/s2,要使上底板压力传感器示数为零,则箱向上的加速度大于或等于10 m/s2均可。此时箱向上加速运动或向下减速运动,并且加速度a≥10 m/s2。超重状态。
考点2抛体运动中的超、失重问题
14.如图4-6-9所示,一个盛水的容器底部有一小孔。静止时用手指堵住小孔不让它漏水, 假设容器在下述运动中始终保持平动,且忽略空气阻力,则( )。
图4-6-9
A.容器自由下落时,小孔向下漏水
B.将容器竖直向上抛出,容器向上运动时, 小孔向下漏水;容器向下运动时,小孔不向下漏水
C.将容器水平抛出,容器在运动中小孔向下漏水
D.将容器斜向上抛出,容器在运动中小孔不向下漏水
答案：D
解析：将容器抛出后,容器和容器中的水处于完全失重状态,液面下任何一点的压强都等于0,小孔不会向下漏水。
15.(湖南六校联盟2018高一上学期期末联考)里约奥运会男子跳高决赛的比赛中,加拿大选手德劳因突出重围,以2米38的成绩夺冠(如图4-6-10所示)。则( )。
图4-6-10
A.德劳因在最高点处于平衡状态
B.德劳因起跳以后在上升过程处于失重状态
C.德劳因起跳时地面对他的支持力等于他所受的重力
D.德劳因下降过程处于超重状态
答案：B
解析：无论是上升过程还是下降过程,还是最高点,运动员的加速度始终向下,所以他处于失重状态,故A、D错误,B正确;起跳时运动员加速度的方向向上,地面对他的支持力大于他受到的重力,故C错误。故选B。
16.(浙江名校联盟2019高三三模)动物园的海洋馆深受小朋友的喜欢,其中“海狮顶球”节目因其互动性强而更深受小朋友的喜爱。如图4-6-11所示为一海狮把球顶向空中,并等其落下。下列有关球的受力与运动的一些说法正确的是( )。
图4-6-11
A.球在最高点受到重力和海狮对它的顶力作用
B.球在最高点时球的速度为0,处于平衡状态
C.球在上升的过程中处于超重状态
D.球在下落的过程中可认为只受重力作用
答案：D
解析：竖直上抛运动是初速度向上,只在重力作用下的运动,球在最高点只受到重力,故A错误;球上升到最高点时受到重力的作用,速度为零,加速度为g,不是平衡状态,故B错误;球上升到最高点时受到重力的作用,加速度为g,加速度的方向向下,处于失重状态,故C错误;竖直上抛运动上升和下落过程都是只受到重力的作用,故D正确。故选D。
17.(江苏常熟2019一模)某次游泳比赛中,某运动员从跳台斜向上跳起,一段时间后落入水中,如图4-6-12所示,不计空气阻力。下列说法正确的是( )。
图4-6-12
A.他在空中上升过程中处于超重状态
B.他在空中下落过程中做自由落体运动
C.他即将入水时的速度为整个跳水过程中的最大速度
D.入水过程中,水对他的作用力大小等于他对水的作用力大小
答案：D
解析：起跳以后的下落过程中他的加速度方向向下,所以处于失重状态,故A错误;他具有水平初速度,所以不能看成自由落体运动,故B错误;入水过程中,开始时水对他的作用力大小(浮力和阻力)小于他的重力,所以先向下做一段加速运动,即入水后的速度先增大,故C错误;入水过程中,水对他的作用力和他对水的作用力,因为是一对作用力与反作用力,二者大小相等,故D正确。故选D。