2021学年6 超重和失重课时训练

第四章　运动和力的关系

6　超重和失重

基础过关练

题组一　对超重、失重现象的理解

1.(2019宁夏银川一中高一上期末)如果说一个人在电梯中“超重”了,是指(　　)

A.人的重力减小 B.人的重力增大

C.人对电梯的压力减小 D.人对电梯的压力增大

2.(2019吉林长春外国语学校高一上期末)一个人站在电梯内的测力计上,若他发现体重变大了,则(　　)

A.电梯一定在加速下降

B.电梯一定在减速上升

C.电梯可能在加速上升

D.只要电梯减速运动就会出现这种现象

3.(2019辽宁沈阳育才中学高一上期中)关于超重和失重,下列说法正确的是(　　)

A.超重指的是物体的重力增加,失重指的是物体的重力减少,完全失重是指物体重力完全消失的现象

B.站在减速下降的升降机中的人处于失重状态

C.被踢出去的足球(忽略空气阻力)在飞行过程中处于失重状态

D.举重运动员双手举住杠铃不动时,杠铃处于超重状态

4.(2019福建厦门高一上期末)(多选)厦门海底世界的“海狮顶球”节目因其互动性强而深受小朋友们的喜爱。如图所示为一海狮把球顶向空中,并等其落下。下列说法正确的是(忽略空气阻力)(　　)

A.球在最高点时受到重力和海狮对它的顶力作用

B.球在最高点时速度为零,但加速度不为零

C.球在上升过程中处于超重状态

D.球在下落过程中处于失重状态

5.(2019黑龙江哈尔滨三中高一上期末)在下列几种情况中,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

题组二　应用牛顿第二定律解决超重和失重问题

6.(多选)在升降机内,一人站在体重计上,发现自己的体重减轻了20%,则下列判断可能正确的是(g取10 m/s2)(　　)

A.升降机以8 m/s2的加速度加速上升

B.升降机以2 m/s2的加速度加速下降

C.升降机以2 m/s2的加速度减速上升

D.升降机以8 m/s2的加速度减速下降

7.(2019天津南开高一上期末)在以加速度a匀加速上升的电梯里,有一个质量为m的人,下列说法正确的是(重力加速度大小为g)(　　)

①人的重力为m(g+a)

②人的重力为mg

③人对电梯的压力为m(g+a)

④人对电梯的压力为m(g-a)

A.①③ B.①④ C.②③ D.②④

8.(2019四川眉山高一上期末)如图所示,将小球用轻绳悬挂在升降机内,当升降机以2 m/s2的加速度加速向上运动时轻绳拉力为12 N,当升降机以2 m/s2的加速度加速向下运动时轻绳拉力为(g取10 m/s2)(　　)

A.8 N B.10 N C.12 N D.14 N

9.(2020北京二中高一上期中)(多选)北京欢乐谷游乐场天地双雄是双塔太空梭。它是能体验强烈失重、超重感觉的娱乐设施,先把乘有十多人的座舱送到76 m高的地方,让座舱自由落下,当落到离地面28 m时制动系统开始启动,座舱匀减速运动到地面时刚好停止。若某游客手中托着质量为1 kg的饮料瓶进行这个游戏,g取9.8 m/s2,则(　　)

A.当座舱落到离地面高度为40 m的位置时,饮料瓶对手的作用力大于9.8 N

B.当座舱落到离地面高度为40 m的位置时,饮料瓶对手的作用力为零

C.当座舱落到离地面高度为15 m的位置时,饮料瓶对手的作用力小于9.8 N

D.当座舱落到离地面高度为15 m的位置时,手要用26.6 N的力才能托住饮料瓶

能力提升练

题组一　对超重、失重现象的理解

1.(2020浙江湖州中学高一模拟,)超重与失重是宇航员生活和工作中的两大难题。实际上,在我们的生活中也会遇到超重和失重现象。假如某同学家住10楼,那么,他从一楼开始坐电梯回家的过程中,体验到的将是(　　)

A.先超重,后等重,再失重

B.先失重,后等重,再超重

C.一直超重

D.一直失重

2.(2020浙江温州名校高一上期末,)如图所示为游乐场中的一种大型游乐设施跳楼机,它可以使人体验超重和失重。参加游戏的游客被安全带固定在座椅上,由升降机从静止开始经历加速、匀速、减速过程,将座椅提升到一定高度处,然后由静止释放,落到一定位置时,制动系统启动,座椅做减速运动,到达某一高度时停下。在上述过程中,关于座椅中的人所处的状态,下列判断正确的是(　　)

A.在座椅上升的整个过程中人都处于超重状态

B.在座椅减速上升的过程中人处于超重状态

C.在座椅下降的整个过程中人都处于失重状态

D.在座椅减速下降的过程中人处于超重状态

3.(2020浙江丽水中学模拟,)如图所示,一轻质弹簧上端固定在升降机的天花板上,下端挂一小球,在升降机匀速竖直下降过程中,小球相对于升降机静止,若升降机突然停止运动,设空气阻力可忽略不计,弹簧始终在弹性限度内,且小球不会与升降机的内壁接触,则小球在继续下降的过程中(　　)

A.加速度逐渐减小,小球处于失重状态

B.加速度逐渐增大,小球处于超重状态

C.速度逐渐减小,小球处于失重状态

D.速度逐渐增大,小球处于超重状态

4.(2020辽宁省实验中学分校高一上期末,)如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验,风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”。此过程中(　　)

A.人被向上“托起”时处于失重状态

B.人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小

C.人对气流的作用力大小等于气流对人的作用力大小

D.人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力与反作用力

5.(2020湖北荆州中学高一上月考,)如图所示,一乒乓球用细绳系于盛有水的容器底部,某时刻细绳断开,在乒乓球上升到水面的过程中,台秤示数(　　)

A.变大　　B.不变　　C.变小　　D.先变大后变小

6.(2019重庆巴蜀中学高一上期末,)如图甲所示,质量不计的弹簧竖直固定在水平面上,t=0时刻,将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放,小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点,然后又被弹起离开弹簧,上升到一定高度后再下落,如此反复,通过安装在弹簧下端的压力传感器,测出这一过程弹簧弹力F随时间t的变化图像如图乙所示,则(　　)

A.t2~t3时间内,小球速度先增大后减小

B.t2时刻弹簧弹力等于小球重力

C.t3时刻小球处于超重状态

D.t1~t2时间内,小球向上运动

题组二　超重、失重现象的应用

7.(2020重庆璧山中学高一月考,)某同学找了一个用过的“易拉罐”在靠近底部的侧面打了一个洞,用手指按住洞,向罐中装满水,然后将易拉罐竖直向上抛出,空气阻力不计,则下列说法正确的是(易错)

A.易拉罐上升的过程中,洞中射出的水的速度越来越快

B.易拉罐下降的过程中,洞中射出的水的速度越来越快

C.易拉罐上升、下降的过程中,洞中射出的水的速度都不变

D.易拉罐上升、下降的过程中,水不会从洞中射出

8.(2020天津耀华中学高一上期末,)(多选)如图所示,质量均为M的b、d两个光滑斜面静止于水平面上,底边长度相等,b斜面倾角为30°,d斜面倾角为60°。质量均为m的小物块a和c分别从两个斜面顶端由静止自由滑下,下滑过程中两斜面始终静止。重力加速度大小为g。小物块到达斜面底端的过程中,下列说法正确的是(　　)

A.两物块运动时间相同

B.两物块到达底端时的速率相同

C.两斜面对地面的压力均小于(m+M)g

D.地面对两斜面的摩擦力均向左

9.(2020山东青岛高一月考,)(多选)如图所示,小球B放在真空容器A内,球B的直径恰好等于正方体A的棱长,将它们以初速度v0竖直向上抛出,下列说法中正确的是(　　)

A.若不计空气阻力,上升过程中,A对B有向上的支持力

B.若考虑空气阻力,上升过程中,A对B的压力向下

C.若考虑空气阻力,下落过程中,B对A的压力向上

D.若不计空气阻力,下落过程中,B对A没有压力

10.(2020湖北黄冈中学高一上月考,)(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(　　)

A.该同学体重约为650 N

B.该同学做了两次下蹲—起立的动作

C.该同学做了一次下蹲—起立的动作,且下蹲后约2 s起立

D.下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态

11.(2020湖南师大附中高一上月考,)如图所示为东方明珠广播电视塔,是上海的标志性文化景观之一,塔高约468米。游客乘坐观光电梯大约1 min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,其加速度a与时间t的关系如图所示。下列相关说法正确的是(　　)

A.t=6 s时,电梯处于失重状态

B.7~53 s时间内,绳索拉力最小

C.t=59 s时,电梯处于超重状态

D.t=60 s时,电梯速度恰好为0

12.(2019北京海淀高一上期末,)(多选)图甲是某人站在力传感器上做下蹲-起跳动作的示意图,中间的“·”表示人的重心。图乙是根据传感器采集到的数据画出的F-t图线。乙图中a、d、f、g各点数据分别与甲图中人的a、d、f、g状态相对应,其余点对应状态没有在甲图中画出。重力加速度g取10 m/s2。则下列说法中正确的是(　　)

甲

乙

A.此人的质量约为70 kg

B.此人重心在b点时人处于失重状态

C.此人重心在d点时加速度方向向下

D.在a、b、d三点中,此人重心在d点时加速度最大

答案全解全析

基础过关练

1.D　当物体对接触面的压力大于物体的真实重力时,物体处于超重状态,超重、失重现象的实质是物体的视重与实重相比发生了变化,而物体的重力并没有发生变化,故A、B均错误;一个人在电梯中“超重”了,此时人对电梯的压力增大了,故C错误,D正确。

2.C　由发现体重变大了,可知人与电梯处于超重状态,电梯的加速度的方向一定是向上的,而电梯可能在加速上升,也可能在减速下降,故C正确,A、B、D错误。

3.C　当物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体的重力时,物体处于超重状态,此时具有向上的加速度;当物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体的重力时,物体处于失重状态,此时具有向下的加速度;如果物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力,那么就是处于完全失重状态,此时加速度向下且大小为重力加速度g,而物体的重力并没有变化,故A错误;站在减速下降的升降机中的人,其加速度方向竖直向上,即处于超重状态,故B错误;被踢出去的足球在飞行过程中只受重力作用(忽略空气阻力),其加速度为重力加速度g,即处于完全失重状态,故C正确;举重运动员双手举住杠铃不动时,杠铃处于平衡状态,加速度为零,故D错误。

4.BD　球在最高点只受重力作用,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,故B正确;球上升和下落过程都只受重力的作用,加速度均为g,方向向下,处于失重状态,故C错误、D正确。

5.D　物体做匀速直线运动时,受到的拉力与重力是一对平衡力,所以拉力等于重力,与速度无关;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,则拉力大于重力;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,则拉力小于重力。故D正确。

6.BC　人发现体重减轻,说明人处于失重状态,加速度向下,由牛顿第二定律可知:mg-FN=ma,又FN=80%mg,解得:a=0.2g=2 m/s2,方向向下,升降机可能加速下降,也可能减速上升,故B、C正确,A、D错误。

7.C　在以加速度a匀加速上升的电梯里,人受到的重力不变,仍为mg,故①错误,②正确;根据牛顿第二定律有:F-mg=ma,则有:F=mg+ma,即此人对电梯的压力为m(g+a),故③正确,④错误;故选C。

8.A　当升降机以2 m/s2的加速度加速向上运动时,根据牛顿第二定律可知:F1-mg=ma,其中F1=12 N,解得小球的质量m=1 kg;当升降机以2 m/s2的加速度加速向下运动时,根据牛顿第二定律可知:mg-F2=ma,解得轻绳拉力F2=8 N,故A正确,B、C、D错误。

9.BD　当座舱落到离地面高度为40 m的位置时,处于完全失重状态,故饮料瓶对手的压力为零,选项B正确、A错误。座舱自由下落过程,有v2=2g(H-h),座舱匀减速运动到地面过程,根据速度位移公式,有v2=2ah,由以上两式解得:a=16.8 m/s2;当座舱落到离地面高度为15 m的位置时,饮料瓶处于超重状态,有:F-mg=ma,解得F=26.6 N,即手要用26.6 N的力才能托住饮料瓶,选项C错误、D正确。

能力提升练

1.A　上楼时,先向上加速,加速度方向向上,处于超重状态,再匀速,最后向上减速,加速度方向向下,处于失重状态,故A正确,B、C、D错误。

2.D　在座椅加速上升的过程中人处于超重状态,减速上升的过程中人的加速度的方向向下,处于失重状态,故A、B错误;在减速下降的过程中人所受重力小于座椅对人向上的支持力,所以加速度向上,人处于超重状态,故C错误,D正确。

3.B　升降机突然停止,小球由于惯性继续向下运动,受到弹簧的拉力越来越大,拉力方向与其运动方向相反,故小球做减速运动,加速度方向向上,则小球处于超重状态;小球加速度增大,B正确;A、C、D错误。

4.C　人被加速向上“托起”时处于超重状态,A错;气流对人的作用力大于人受到的重力,B、D错;人与气流的相互作用力大小相等,C对。

5.C　同体积的水比乒乓球的质量大,在乒乓球加速上升的过程中,水和乒乓球系统的重心加速下降,处于失重状态,台秤示数变小。

6.A　由图可知t2~t3时间内,小球从最低点上升直到离开弹簧,受到的弹力一直减小,合力先减小后反向增大,由牛顿第二定律可知,加速度先减小后反向增大,小球的速度先增大后减小,故A正确;t2时刻小球在最低点,此时弹簧弹力大于小球重力,故B错误;t3时刻小球与弹簧脱离,处于失重状态,故C错误;t1~t2时间内,小球从刚与弹簧接触到压缩弹簧至最短,故小球向下运动,故D错误。

7.D　将易拉罐竖直向上抛出后,由于空气阻力不计,易拉罐及水的加速度等于重力加速度,处于完全失重状态,易拉罐中各层水之间没有压力,在整个过程中,水都不会从洞中射出。

易错警示

在完全失重状态下,平常由重力产生的一切物理现象都会消失。例如:单摆停止摆动、液体对器壁没有压强、浸在液体中的物体不受浮力等;工作原理与重力有关的仪器也不能再使用,如天平、液体气压计等,注意弹簧测力计不能测量重力,但可以测量拉力等。

8.AC　设斜面的底边长度为L,倾角为θ,则斜面长度x=,物块沿斜面下滑的加速度a=g sin θ,根据运动学公式可知,x=at2,解得下滑时间t=2,当斜面倾角分别为30°和60°时,可得两物块运动的时间相同,A选项正确;下滑时间相等,下滑加速度不相等,由v=at知两物块到达底端时的速率不相同,B选项错误;物块加速下滑,加速度有竖直向下的分量,系统处于失重状态,两斜面对地面的压力均小于(m+M)g,C选项正确;物块加速下滑,加速度有水平向右的分量,则对物块和斜面组成的整体而言,由牛顿第二定律可知,地面对两斜面的摩擦力均向右,D选项错误。

9.BD　将容器以初速度v0竖直向上抛出后,若不计空气阻力,以整体为研究对象,根据牛顿第二定律得到加速度为g,再以容器A为研究对象,上升和下落过程其所受合力等于其重力,则B对A没有压力,A对B也没有支持力,故A错误,D正确。若考虑空气阻力,以整体为研究对象,根据牛顿第二定律得到:上升过程加速度大于g;再以球B为研究对象,根据牛顿第二定律得:B受到的合力大于重力,B除受到重力外,还应受到向下的压力。A对B的压力向下,故B正确。若考虑空气阻力,以整体为研究对象,根据牛顿第二定律得到:下落过程加速度小于g,再以B为研究对象,根据牛顿第二定律得:B受到的合力小于重力,B除受到重力外,还应受到向上的力,即A对B的支持力向上,B对A的压力向下,故C错误。

10.AC　由题图可知该同学体重约为650 N,A正确。人下蹲动作有失重和超重两个过程,先是加速下降,到达一个最大速度后再减速下降,故下蹲时先处于失重状态后处于超重状态。起立时先处于超重状态后处于失重状态。由对应图像可知,该同学做了一次下蹲—起立的动作,B、D错误。由图像看出两次超重的时间间隔约为2 s,这就是该同学蹲下后持续的时间,C正确。

11.D　根据a-t图像可知当t=6 s时电梯的加速度向上,电梯处于超重状态,故A错误。53~55 s时间内,加速度的方向向下,电梯处于失重状态,绳索的拉力小于电梯的重力;而7~53 s时间内,a=0,电梯处于平衡状态,绳索拉力等于电梯的重力,大于电梯失重时绳索的拉力,所以这段时间内绳索拉力不是最小,故B错误。t=59 s时,电梯减速向上运动,a<0,加速度方向向下,电梯处于失重状态,故C错误。a-t图像与时间轴所围的面积表示速度的变化量,而由几何知识可知,60 s内a-t图像与时间轴所围的面积为0,所以速度的变化量为0,而电梯的初速度为0,所以t=60 s时,电梯速度恰好为0,故D正确。

12.ABD　题图中a点人处于静止状态,此时力传感器示数约为700 N,则此人质量约为70 kg,选项A正确;b点对应的力小于人的重力,故人处于失重状态,选项B正确;d点人处于超重状态,加速度方向向上,选项C错误;a点对应的加速度为0,b点对应的加速度大小为 m/s2≈7.1 m/s2,d点对应的加速度大小为 m/s2≈18.6 m/s2,选项D正确。