人教版 (2019)必修 第一册6 超重和失重一课一练

4.6 超重和失重  同步课时训练

学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题(共32分)

1、(4分)利用传感器和计算机可以测量快速变化的力的瞬时值，图乙所示是用这种方法获得的图甲中弹性细绳的拉力F随时间t变化的图线。实验时把小球举到悬点O处，然后放手让小球自由落下（同时开始计时），由图线所提供的信息可以判断(   )

A.绳子的最大长度为

B.时间内小球处于失重状态

C.时刻小球处于超重状态

D.时刻小球处于完全失重状态，小球不受任何力的作用

2、(4分)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

3、(4分)质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数用M表示，g取，则(   )

A.升降机以的加速度加速上升时，人处于失重状态

B.升降机以的加速度减速上升时，M为54 kg

C.升降机以的加速度加速下降时，人处于超重状态

D.升降机以的加速度减速下降时，M为51 kg

4、(4分)2021年10月16日0时23分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火升空，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空，并在轨运行6个月。12月9日下午3点40分，三位航天员进行了中国空间站首次太空授课，并展示了在完全失重的环境下出现的奇妙现象：水滴在表面张力作用下收缩成一个完美水球；浸在水中的乒乓球因浮力消失而不会浮出水面等。下列说法正确的是(   )

A.航天员在空间站中失去重力，站在体重计上无法称量体重

B.航天员在太空跑步机上锻炼时对跑步机有压力作用，不需要佩戴束缚装置

C.在空间站将装满水的杯子转动至杯口朝下，水会自动流出

D.运载火箭加速上升时，航天员处于超重状态

5、(4分)在学习了超重失重之后，老师让小张同学站在测力板上，做下蹲和起立的动作，通过力传感器采集的图像如图所示，下列说法正确的是(   )
 

A.段为起立过程，段为下蹲过程
B.段为下蹲过程，段为起立过程
C.起立过程的最大加速度约为，此时处于超重状态
D.下蹲过程的最大加速度约为，此时处于失重状态

6、(4分)跳水运动员从10 m跳台腾空跃起，先向上运动一段距离达到最高点后，再自由下落进入水池，不计空气阻力，关于运动员在空中上升过程和下落过程以下说法正确的有(   )

A.上升过程处于超重状态，下落过程处于失重状态

B.上升过程处于失重状态，下落过程处于超重状态

C.上升过程和下落过程均处于超重状态

D.上升过程和下落过程均处于完全失重状态

7、(4分)中国运动员谷爱凌在北京冬奥会中获得“自由式滑雪女子U型场地技巧”金牌。图示为U型场地技巧比赛示意图，不计空气阻力且把其视为质点，则谷爱凌在空中运动过程(   )
 

A.可能处于超重状态  B.速度、加速度均可能为零

C.速度改变量的方向总是竖直向下 D.只要有速度，重力的功率就不可能为零

8、(4分)如图所示，在竖直平面内悬挂一小球，悬线与竖直方向的夹角为，现在由静止释放小球，小球由右边运动到左边最高点的过程中，下列说法正确的是(   )
 

A.重力的功率先增大后减小 B.绳子的拉力先增大再减小

C.速率变化先变快后变慢 D.小球始终处于超重状态

二、多选题(共24分)

9、(6分)重为500 N的人站在力传感器上完成下蹲动作。计算机采集的图线直观地描绘了人在下蹲过程中人对传感器的压力随时间变化的情况。关于人在下蹲过程中超重和失重的情况，通过观察图像，下列说法正确的是(   )

A.人在A状态时处于平衡状态 B.人在A状态时处于失重状态

C.人在B状态时处于失重状态 D.人在C状态时处于超重状态

10、(6分)一质量为的学生站在沿竖直方向运动的电梯内的体重计上。电梯从时刻由静止开始上升，在0到6 s内体重计示数F的变化如图所示，g取，可知(   )

A.0~2 s内电梯匀加速上升，加速度大小为

B.2~5 s内电梯一定处于静止状态

C.5~6 s内学生处于失重状态，其加速度大小为

D.0~2 s内学生处于超重状态，其加速度为

11、(6分)若在某次燃放礼花活动中，一枚礼花弹由地面竖直向上发射，它的速度—时间图像如图所示，下列说法中正确的是(   )

A.时刻，礼花弹距地面最远 B.时间内，礼花弹在向下降落

C.时间内，礼花弹处于超重状态 D.时间内，礼花弹处于超重状态

12、(6分)2020年6月23日9时43分，北斗三号最后一颗全球组网卫星发射成功。在太空中，物体处于失重状态。关于失重状态，下列说法正确的是(   )

A.航天员仍受重力的作用 B.航天员受力平衡

C.航天员所受重力等于所需的向心力 D.航天员不受重力的作用

三、计算题(共28分)

13、(14分)摩天大楼中一部直通高层的客运电梯，行程超过百米.电梯的简化模型如图甲所示.考虑安全、舒适、省时等因素，电梯的加速度a是随时间t变化的.已知电梯在时由静止开始上升，图像如图乙所示，取向上为正方向.电梯总质量.忽略一切阻力，重力加速度g取.
 

（1）求电梯在上升过程中受到的最大拉力和最小拉力;

（2）类比是一种常用的研究方法.对于直线运动，教科书中讲解了由图像求位移的方法.请你借鉴此方法，对比加速度和速度的定义，根据图乙所示图像，回答下列问题：
①求电梯在第1 s内的速度改变量的大小和第2 s末的速率;
②写出电梯在第1 s内的加速度与时间的关系式、速度与时间的关系式.

14、(14分)一名质量为60 kg的工人，站在竖直向上运动着的升降机底板上．他看到升降机上挂着一个重物的弹簧测力计的示数为40 N，已知该重物的质量为5 kg. 弹簧测力计的质量忽略不计.(g取)

(1)先根据受力情况判断重物的加速度的方向，并指出重物是处于超重状态还是失重状态．，再求出重物的加速度的大小．

(2)这时该工人对升降机底板的压力是多大？

(3)如果悬挂测力计的悬线突然从A点断开，则此时重物的加速度有何变化？

四、实验题(共16分)

15、(16分)某同学仔细观察发现生活中桥梁形状多是凸形的,凹形桥很少,于是设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时对桥的压力试验。所用器材有:玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器。该同学先用托盘秤测出凹形桥模拟器和玩具小车的质量分别为和。然后将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧,此过程中托盘秤的最大示数为m;多次从同一位置释放小车,记录各次的m值如下表所示(重力加速度大小取)。

(1)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力_________N;从测量结果可看出小车经过凹形桥最低点时处于_________(填“超重”或“失重”)状态。

(2)如果凹形桥模拟器圆弧部分的半径,则小车通过最低点时的速度大小_________m/s(结果保留两位有效数字)

参考答案

1、答案：C

解析：A.由题图乙可知，小球从悬点释放自由下落到绳子拉到自然长度经历的时间是，即绳子的自然长度为,之后小球受到绳子的弹力作用，受重力与弹力的合力方向向下，做加速度减小的变加速运动，当绳子的弹力等于小球重力时，速度达到最大，以后小球做加速度向上的减速运动，直到速度等于零，绳子达到最大长度，弹力最大，此时刻是，因此可知绳子的最大长度小于，A错误；

BC.时间内，小球受的弹力一直增大，弹力先小于小球的重力，加速度方向向下，速度继续增大，弹力等于小球重力时，速度最大，加速度等于零，以后弹力大于重力，加速度方向向上，向下做减速运动，速度等于零时，弹力最大，因此小球的加速度方向先向下后向上，先失重后超重，在时刻小球处于超重状态，B错误，C正确；

D.由题图可知，时刻小球受绳子的弹力是零，小球只受重力作用，处于完全失重状态，D错误。

故选C。

2、答案：C

解析：在乒乓球加速上升的过程中，同体积的水球加速下降，水球比乒乓球的质量大，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，选项C正确。

3、答案：B

解析：加速上升时，加速度向上，人处于超重状态，选项A错误；升降机以的加速度减速上升时，加速度方向向下，人处于失重状态，根据牛顿第二定律有，解得，体重计的读数，选项B正确；加速下降时，加速度方向向下，人处于失重状态，选项C错误；升降机以的加速度减速下降时，加速度方向向上，人处于超重状态，根据牛顿第二定律有，解得，体重计的读数为，选项D错误。

4、答案：D

解析：航天员在空间站中处于完全失重状态，站在体重计上无法称量体重，但航天员的重力并不是消失了，选项A错误；航天员由于完全失重的原因，在太空跑步机上锻炼时对跑步机没有压力作用，需要佩戴束缚装置，选项B错误；在空间站将装满水的杯子转动至杯口朝下，水由于完全失重不会自动流出，选项C错误；运载火箭加速上升时，航天员具有向上的加速度，处于超重状态，选项D正确。

5、答案：D

解析：AB.段先超重后失重为起立过程，段先失重后超重为下蹲过程，AB错误；
C.根据牛顿第二定律

C错误；
D.根据牛顿第二定律

此时压力为200N，小于重力600N，处于失重状态，D正确。
故选D。

6、答案：D

解析：跳水运动员在空中时无论上升还是下落，加速度方向均向下，由于不计空气阻力，故均为完全失重状态， D正确．

7、答案：C

解析：A选项，在空中运动过程，仅受重力作用，由,得,竖直向下所以处于失重状态，故A错误
B选项，由于，故B错误
C选项，速度改变量，方向竖直向下，故C正确
D选项，重力的功率，当重力的方向与速度方向垂直时，，故D错误
综上所述，选择C

8、答案：B

解析：重力的功率先增大后减小，再增大，再减小，A错误；绳子的拉力先增大后减小，B正确；速率变化快慢由切线方向的加速度决定，本题中切线方向的加速度先减小后增大，故速率变化先变慢后变快，C错误；小球处于失重或超重状态是由小球的加速度在竖直方向的分量决定的，分量向上，则小球处于超重状态，分量向下，则小球处于失重状态，一开始小球的加速度在竖直方向的分量向下，后来向上，再后来又向下，故小球先失重后超重再失重，D错误。

9、答案：BD

解析：人在A状态时对传感器的压力小于重力，处于失重状态，选项A错误，选项B正确；人在B状态时对传感器的压力大于重力，处于超重状态，选项C错误；人在C状态时对传感器的压力大于重力，处于超重状态，选项D正确。

10、答案：CD

解析：由题图可知，0~2 s内，学生对体重计的压力大于学生的重力，学生处于超重状态，电梯加速上升，由牛顿第二定律得，解得，选项D正确，选项A错误；由题图可知，2~5 s内电梯处于匀速运动状态，选项B错误；由题图可知，5~6 s内，学生处于失重状态，学生对体重计的压力小于学生的重力，由牛顿第二定律得，解得，可知电梯减速上升，选项C正确。

11、答案：AC

解析：图像中图线与横轴所围面积表示位移，所以时刻，礼花弹位移最大，距地面最远，选项A正确；时间内，礼花弹速度方向沿正方向，处于上升阶段，选项B错误；图像中图线的斜率的正负表示加速度的方向，时间内，礼花弹加速度竖直向上，处于超重状态；时间内，礼花弹加速度方向竖直向下，处于失重状态，选项C正确，选项D错误。

12、答案：AC

解析：失重是指物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象，在太空中，物体的重力并没有消失，太空中的航天员仍受重力的作用，且所受重力等于其做匀速圆周运动所需的向心力，故A、C正确，D错误；航天员随飞船做匀速圆周运动，处于非平衡状态，故B错误。

13、答案：（1）

（2）①0.50 m/;s1.5 m/s
②见解析

解析：（1）由牛顿第二定律有，
由图像可知，和对应的加速度分别是、，
，
.
（2）①类比可得，所求速度变化量等于第1 s内图线与横轴围成的面积，即，同理第2 s内速度变化量，第2 s末的速率.
②由图像可知，第1 s内的加速度与时间的关系式、速度与时间的关系式分别为.

14、答案：(1)向下；失重状态；

(2)480 N

(3)重物的加速度立即变为，方向竖直向下

解析：(1)以重物为研究对象，重物受向下的重力，向上的拉力F，由于重物的重力大于弹簧的拉力F，因此重物所受合力方向向下，即重物的加速度方向应向下，重物处于失重状态．

由牛顿第二定律有：

所以

(2)以人为研究对象，人受到重力，底板的支持力，

由牛顿第二定律有，

得，

由牛顿第三定律知，人对升降机底板的压力大小为480 N.

(3)悬线突然断开，则此时重物的加速度立即变为重力加速度，即大小是，方向竖直向下．

15、答案：(1)7.94;超重  (2)1.4

解析：(1)每次记录的托盘秤示数并不相同,为减小误差,取平均值,模拟器的重力为,故小车经过凹形桥最低点时对桥的压力;小车经过凹形桥最低点时对桥的压力大于重力,处于超重状态。

(2)根据牛顿运动定律有,解得。