高中物理人教版 (2019)必修 第一册6 超重和失重课后测评

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1. 方法一：先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得G=mg。
2. 方法二：将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态，根据力的平衡条件可得重力大小等于测力计的示数，即G=F。
二、超重和失重
1. 视重
当物体竖直悬挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。
2. 失重
(1)定义：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。
(2)产生条件：物体具有向下的加速度(或竖直分量向下)。
3. 超重
(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。
(2)产生条件：物体具有向上的加速度(或竖直分量向上)。
4. 完全失重
(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态。
(2)产生条件：a=g，且方向竖直向下。
三、超重和失重现象的分析
物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与运动方向无关。
四、超重、失重现象的应用
1. 超重现象的定量分析
人站在具有向上的加速度a(向上加速或向下减速)的电梯里的体重计上，以人为研究对象：
由牛顿第二定律有F合=F-mg=ma
则体重计对人的支持力F=mg+ma
故人对体重计的压力大小F'=F=mg+ma
因此体重计的示数为F'=mg+ma>mg
2. 失重现象的定量分析
人站在具有向下的加速度a(向下加速或向上减速)的电梯里的体重计上，以人为研究对象：
由牛顿第二定律有F合=mg-F=ma
则体重计对人的支持力F=mg-ma
故人对体重计的压力大小为F'=F=mg-ma
因此体重计的示数为F'=mg-ma3. 完全失重
当物体具有向下的加速度且a=g时，则F'=mg-mg=0。
【超重和失重举一反三练习】
1．某运动员练习纵跳，从下蹲状态向上跃起，直至竖直上升过程中，该运动员（ ）

A．处于失重状态B．处于超重状态
C．先超重后失重D．先失重后超重
【答案】C【详解】从下蹲状态向上跃起，直至竖直上升过程中，该运动员先向上做加速运动，后做减速运动，因此先超重后失重，故ABD错误，C正确。故选C。
2．(多选)在如图所示“儿童蹦极”活动中，拴在小朋友腰间的是左右对称弹性极好的相同橡皮绳。若小朋友从最低位置（此时橡皮绳伸长量最大）处开始由静止上升，直至上升到橡皮绳处于原长的过程中（橡皮绳处于弹性限度内），下列说法中正确的是（ ）
A．橡皮绳恢复原长时，小朋友的速度、加速度都为零
B．小朋友的速度最大时，其加速度等于零
C．小朋友处于最低位置时，速度为零，既不超重也不失重
D．此过程小朋友的加速度先变小再变大，先处于超重状态再处于失重状态
【答案】BD【详解】A．橡皮筋处于原长位置时，小朋友只受重力，加速度为g，无法判断速度是否为0，故A错误；B．小朋友所受合力为0时加速度为0，速度不再增大，此时速度最大，故B正确；C．小朋友处于最低点位置时，速度为零，但合力向上，加速度方向向上，不为0，处于超重状态，故C错误；D．小朋友从最低点向上运动时，橡皮筋的拉力的合力大于重力，处于超重状态，拉力和重力的合力向上但逐渐减小，加速度越来越小，而后橡皮筋拉力的合力会小于重力，处于失重状态，拉力和重力的合力向下增大，加速度增大，故D正确。故选BD。
3．2022年11月29日23时08分，搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心发射，约10分钟后，神舟十五号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，发射取得成功。11月30日7时33分，神舟十五号3名航天员顺利进驻中国空间站，与神舟十四号航天员乘组首次实现“太空会师”。下列说法正确的是（ ）

A．23时08分指的是时间间隔
B．研究飞船与火箭分离过程时，飞船可以看成质点
C．火箭发射升空的过程中，宇航员处于超重状态
D．火箭发射时火箭向下推空气，空气给火箭向上的反作用力
【答案】C【详解】A ．23时08分指的是发射的时刻，故A错误；B．研究飞船与火箭分离过程时要考虑形状大小，不可把飞船看成质点，故B错误；C．火箭发射升空的过程中向上做加速运动，加速度向上处于超重状态，故C正确；D．火箭发射时火箭向下推喷出的气体，气体给火箭向上的反作用力，故D错误。故选C。
4．如图所示，小球悬挂在箱子顶端的拉力传感器上，当箱子沿竖直方向做变速运动时，传感器的示数会变大或者变小，当箱子的加速度向上为a时，可认为重力加速度由g变为 ，当箱子的加速度向下为a时，可认为重力加速度由g变为，小球好像处在一个重力加速度为的环境里，可把这个称为等效重力加速度。下列说法正确的是（ ）

A．当箱子向上做减速运动时，等效重力加速度 g'大于重力加速度g
B．当箱子向上的加速度等于g时，等效重力加速度 g'等于2g
C．当箱子既不是超重状态也不是失重状态，等效重力加速度等于0
D．拉力传感器的示数 F与小球的重力mg的合力与小球的质量m之比等于等效重力加速度
【答案】B【详解】A．当小球向上做减速运动时，加速度向下，等效重力加速度g'小于重力加速度g，A错误；B．当小球向上的加速度等于g时，由可得 B正确；C．当小球既不是超重状态也不是失重状态，竖直方向的加速度a=0，由可得C错误；D．由牛顿第二定律可知或即或则拉力传感器的示数F与小球的质量m之比等于等效重力加速度，D错误。故选B。
5．如图甲所示，在体重计上一同学下蹲和站起，体重计的示数变化如图乙所示，下列说法正确的是（ ）

A．a-b段对应的是站起过程，b-c段对应的是下蹲过程
B．d-e段对应的是站起过程，e-f段对应的是下蹲过程
C．a-c段对应的是站起过程，d-f段对应的是下蹲过程
D．c点和d点处于蹲下状态，a点和f点处于直立状态
【答案】D【详解】AC．根据图乙可知，a-b段视重小于实重，b-c段视重大于实重，则可知a-c段对应整个下蹲过程，即先加速向下，再减速向下，加速度先向下，再向上，先失重，后超重，故AC错误；B．d-e段视重大于实重，e-f段视重小于实重，则可知d-f段对应整个站起过程，即先加速向上，再减速向上，加速度先向上，再向下，先超重，后失重，故B错误；D．根据以上分析可知，c点和d点处于蹲下状态，a点和f点处于直立状态，故D正确。故选D。
6．打开手机加速度传感器APP，手握手机迅速下蹲，手机记录的图像如图所示，a、b分别为图像的峰值，则（ ）
A．峰值a对应时刻，人向下运动的速度最大
B．峰值b对应时刻，人向下运动的速度最大
C．峰值a对应时刻，人对地面的压力小于自身重力
D．峰值b对应时刻，人对地面的压力小于自身重力
【答案】D【详解】AC．峰值a对应时刻，有向上的最大加速度，人在做减速运动，人对地面的压力大于自身重力，速度不是最大，故AC错误；BD．峰值b对应时刻有向下的最大加速度，人处在失重状态，人对地面的压力小于自身重力，此后一段时间人仍在向下加速，所以向下的速度不是最大，故B错误，D正确。故选D。
7．质量为m的人站在电梯内，电梯从1楼上升到40楼，此过程中电梯速度v随时间t变化的图像如图所示，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）

A．时间内电梯对人的支持力小于mg
B．时间内人处于超重状态
C．时间内人处于超重状态
D．时间内电梯对人的支持力不断增大
【答案】D【详解】A．由图可知，时间内电梯向上加速运动，具有向上的加速度，电梯里的人处于超重状态，电梯对人的支持力大于mg，A错误；B．由图可知，时间内电梯做匀速运动，电梯里的人处于平衡状态，B错误；C．由图可知，时间内电梯向上做减速运动，具有向下的加速度，电梯里的人处于失重状态，C错误；D．图像的斜率绝对值表示加速度大小，由图可知，时间内加速度逐渐减小，根据牛顿第二定律有解得所以电梯对人的支持力不断增大，D正确。故选D。
8．如图所示，鱼儿摆尾击水跃出水面，吞食荷花花瓣的过程中，下列说法正确的是（ ）

A．鱼儿吞食花瓣时鱼儿受力平衡
B．鱼儿摆尾出水时浮力大于重力
C．鱼儿摆尾击水时受到水的作用力
D．研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作可把鱼儿视为质点
【答案】C【详解】A．鱼儿吞食花瓣时处于失重状态，A错误；BC．鱼儿摆尾出水时排开水的体积变小，浮力变小，鱼儿能够出水的主要原因是鱼儿摆尾时水对鱼向上的作用力大于重力，B错误、C正确；D．研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作不可以把鱼儿视为质点，否则就无动作可言，D错误。故选C。
9．一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是（ ）

A．时间内，v增大，FN>mgB．时间内，v减小，FNC．时间内，v增大，FNmg
【答案】D【详解】AB．由于s-t图像的斜率表示速度，可知在0~t1时间内速度增加，即乘客的加速度向下，处于失重状态，则FNmgC错误，D正确。故选D。
10．(多选)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1min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＝6s时，电梯处于超重状态B．7~53s时间内，绳索拉力最小
C．t＝59s时，电梯处于超重状态D．t＝60s时，电梯速度恰好为0
【答案】AD【详解】A．t＝6s时，电梯加速度向上，则处于超重状态，选项A正确；BC．7~53s时间内，电梯运动上行，此时绳索拉力等于重力；53~60s时间内，电梯减速上行，加速度向下，此时电梯处于失重状态，此时绳索拉力小于重力；则7~53s时间内，绳索拉力不是最小的，选项BC错误；D．因a-t图像的面积等于速度的变化量，则在60s内速度的变化量为零，即t＝60s时电梯速度恰好为0，选项D正确。故选AD。
11．(多选)“蹦极”是一项非常刺激的体育运动，某人身系弹性绳自高空中P点由静止开始下落，如图所示，a点是弹性绳的原长位置，c点是人所能到达的最低位置，b点是人静止悬挂时的平衡位置，则在人从P点下落到c点的过程中，不计空气阻力。（ ）

A．在Pa段，人做自由落体运动，处于完全失重状态
B．在ab段，人的速度越来越小，人处于失重状态
C．在bc段，人的加速度越来越大，人处于超重状态
D．在c点，人的速度为零，加速度也为零
【答案】AC【详解】A．在Pa段，人做自由落体运动，加速度为g，故处于完全失重状态，故A正确；B．在b点时，重力等于拉力，故在ab段，绳子的拉力大小小于人的重力，人继续向下做加速运动，人处于失重状态，故B错误；C．在bc段，绳子的拉力大小大于人的重力，人开始做加速度向上的减速运动，且加速度越来越大，人处于超重状态，故C正确；D．在c点，人的速度为零，绳的拉力大于人的重力，人有向上的加速度，故D错误。故选AC。
12．(多选)如图，将游乐场的滑梯简化成倾角为的斜面，该滑梯的质量为M，放在粗糙水平面上，一个质量为m的小朋友沿滑梯下滑。在滑梯的不同位置，由于小朋友与滑梯间的动摩擦因数不同，小朋友在滑梯上的AB段匀速下滑，在BC段以大小为a的加速度匀减速下滑，滑梯始终保持静止状态，重力加速度大小为g，则（ ）

A．小朋友在AB段匀速下滑的过程中，地面对滑梯的摩擦力为零
B．小朋友在BC段匀减速下滑的过程中处于失重状态
C．小朋友在BC段匀减速下滑的过程中，地面对滑梯的支持力大小为
D．小朋友在BC段匀减速下滑的过程中，滑梯对地面的摩擦力大小为，方向水平向左
【答案】AC【详解】A．小朋友在段匀速下滑的过程中，小朋友和滑梯组成的系统处于平衡状态，地面对滑梯的支持力大小等于总重，即为，整体水平方向合外力为零，则地面对滑梯的摩擦力为零，A正确；B．小朋友在段匀减速下滑加速度沿斜面向上，处于超重状态，B错误；CD．小朋友在段匀减速下滑的过程中，加速度方向沿斜面向上，将加速度进行分解，如图所示 根据质点系牛顿第二定律有解得地面对滑梯的支持力大小为水平方向根据牛顿第二定律可得滑梯对地面的摩擦力大小为方向水平向右，C正确，D错误。故选AC。
13．(多选)在电梯中，把一重物置于水平台秤上，台秤与力传感器相连，电梯先从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动。传感器屏幕上显示出其所受的压力与时间的关系图像，如图所示，g取下列说法正确的是（ ）

A．电梯在启动阶段经历了4s的加速上升过程
B．电梯的最大加速度是
C．重物在0到4s的时间里，先超重后失重
D．在整个过程中，重物所受重力先变大，后不变，再变小，最后又不变
【答案】AB【详解】AC．由图可知，重物在0到4s的时间里，一直处于超重状态，加速度向上，电梯加速上升，故C错误，A正确；B．由图可知，重物的重力为，当压力最大为时，具有向上的最大加速度，由牛顿第二定律有解得故B正确；D．在整个过程中，重物所受重力保持不变，故D错误。故选AB。
14．一质量为60kg的人站在竖直向上运动的升降机底板上，看到升降机顶板上有一竖直悬挂的弹簧秤，他便将一重为5N的物体挂上，这时弹簧秤示数为8N．试计算：
（1）升降机的加速度的大小和方向．
（2）此人对升降机底板的压力．
【答案】（1）6m/s2，方向竖直向上（2）960N【详解】（1）由题意可知：升降机、人及重物的加速度相等，对重物进行受力分析，它受重力G和弹簧的拉力F作用．根据牛顿第二定律F－G=ma方向竖直向上；（2）人受升降机底板的支持力FN和重力Mg的作用，根据牛顿第二定律FN－Mg=MaFN=Mg+Ma=600+60×6=960（N）根据牛顿第三定律，此人对升降机底板的压力大小为FN’=960N方向竖直向下。
状态
加速度
视重F与重力mg的关系
运动情况举例
受力示意图
平衡
a=0
F=mg
静止或匀速直线运动

超重
向上
F=m(g+a)>Mg
向上加速或向下减速

失重
向下
F=m(g-a)向下加速或向上减速

完全
失重
a=g
F=0
自由落体运动、竖直上抛运动