高中人教版 (2019)6 超重和失重课时训练

2021-2022学年度高一物理第四章运动和力的关系第六节超重和失重（暑期衔接练习四）（人教版2019）

一、单选题

1．为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅始终保持水平，如图所示。当此车减速上坡时，则乘客（仅考虑乘客与水平面之间的作用）（　　）

A．处于超重状态 B．所受合力竖直向上

C．受到向前（水平向右）的摩擦力作用 D．受到向后（水平向左）的摩擦力作用

2．“嫦娥四号”探测器到达距月球表面3km的P点时，在7500N变推力发动机的作用下，探测器相对月球的速度一直下降，到达A点时，探测器进行姿态调整，运动方向发生变化；到达距月面100m的C点处开始悬停；之后自由下落到月面上的D点。如图为探测器在这一过程的轨迹图像，将PA、BC视为直线，设探测器在同一竖直平面内运动，则（　　）

A．从P到A，探测器处于失重状态

B．探测器经过A点前后，发动机的推力保持不变

C．从B到C，发动机对探测器的作用力始终沿y轴正方向

D．从C到D探测器处于完全失重状态

3．如图是塔式吊车在把建筑部件从地面竖直吊起的图，则在上升过程中（　　）

A．时，部件属于失重状态

B．至时，部件的速度在减小

C．至时，部件的机械能守恒

D．时，部件所受拉力小于重力

4．“天宫一号”顺利升空，“神舟八号”随后飞上太空，11月3日凌晨“神八”与离地高度343km轨道上的“天宫一号”对接形成组合体，中国载人航天首次空间交会对接试验获得成功，为建立太空实验室──空间站迈出了关键一步．设对接后的组合体在轨道上做匀速圆周运动，则下列说法中正确的是（   ）

A．对接前，“神舟八号”欲追上“天宫一号”，可以在同一轨道上点火加速

B．对接后，“天宫一号”的运行周期大于地球同步卫星的周期

C．对接后，“天宫一号”的速度小于第一宇宙速度

D．今后在“天宫一号”内工作的宇航员因受力平衡而在其中悬浮或静止

5．2020年12月17日，“嫦娥五号”返回器携带月球样品成功着陆地球，实现中国首次月球无人采样返回，为中国向载人登月又迈进了一大步。如图，进行载人登月时，宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是（　　）

A．火箭加速上升时，宇航员处于超重状态

B．飞船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态

C．火箭无论如何运动，宇航员对座椅的压力始终等于自身重力

D．在飞船绕地球运行时，宇航员处于完全失重状态，则宇航员的重力消失了

6．如图所示，一些商场安装了智能化的自动电梯，当有乘客乘用时自动电梯经过先加速后匀速两个阶段运行，则电梯在运送乘客的过程中（　　）

A．乘客始终受摩擦力作用

B．乘客经历先超重再失重的状态

C．电梯对乘客的作用力始终竖直向上

D．电梯对乘客的作用力先指向前上方，再竖直向上

7．在电梯里，把一重物置于水平台秤上，台秤与力的传感器相连，电梯从静止开始一直上升，最后停止运动．传感器的屏幕上显示出其所受的压力与时间的关系图像，如图所示，取，则（    ）

A．从图中可以求出重物的重为50N

B．电梯上升时最大加速度为

C．0-4s电梯中的重物处于失重状态

D．18-22s内，电梯中的重物处于先失重再超重状态

8．如图是娱乐节目中设计的“导师战车”。当坐在战车中的导师按下按钮时，战车就由静止开始沿长10m的倾斜直轨道向下运动；某时刻达到最大速度后立即开始减速，到达站在轨道末端的学员面前时，恰好静止，整个过程历时4s，将加速、减速过程分别视为匀变速直线运动，则（　　）

A．战车运动过程中导师先失重后超重

B．战车运动过程中所受外力不变

C．战车加速过程中的加速度一定等于减速过程中的加速度

D．战车运动过程中的最大速度为10m/s

9．如图所示为杭州乐园的“摩天轮”，它的直径达50米。游人乘坐时，转轮始终不停地匀速转动。关于乘客在乘坐过程中的分析，下列说法中正确的是（　　）

A．每个乘客都在做加速度为零的匀速运动

B．每个乘客所受的合外力都不等于零

C．每个乘客对座位的压力大小保持不变

D．乘客到达摩天轮的最高点时处于“完全失重”状态。

10．2020年12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带月球样品在内蒙古成功着陆，我国首次地外天体采样返回任务圆满完成！将嫦娥五号着陆的最后阶段看作直线运动，其位移x与时间t的关系图像如图所示，嫦娥五号返回器运动速度大小用v表示，则关于t1到t2时间内下列说法正确的是（　　）

A．v增大，月球样品处于失重状态 B．v增大，月球样品处于超重状态

C．v减小，月球样品处于失重状态 D．v减小，月球样品处于超重状态

二、多选题

11．电梯的顶部挂有一个弹簧测力计，其下端挂了一个重物，电梯做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10N。在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为8N，关于电梯的运动，以下说法正确的是（g取10m/s2）（　　）

A．电梯可能向上加速运动，加速度大小为12m/s2

B．电梯可能向上减速运动，加速度大小为2m/s2

C．电梯可能向下加速运动，加速度大小为2m/s2

D．电梯可能向下减速运动，加速度大小为12m/s2

12．某商场安装了智能化电动扶梯，无人站在扶梯上时扶梯运转得很慢。现有顾客乘扶梯下楼，扶梯自动先加速、再匀速运转。下列说法正确的是（  ）

A．扶梯匀速运转过程中，顾客受到的支持力大于扶梯受到的压力

B．扶梯整个过程中，顾客受到的支持力都等于扶梯受到的压力

C．扶梯加速过程中，顾客处于失重状态

D．扶梯加速过程中，顾客共受到两个力作用

13．在加速度为a匀加速上升的电梯中，有一个质量为m的人，下列说法正确的是（　　）

A．电梯对此人的支持力为

B．此人对电梯的压力为

C．此人受到的重力为

D．此人的视重为

14．在成都七中第34届田径运动会上，小红同学成功地跳过了1.70米的高度，如右图．若忽略空气阻力，g取10m/s2．则下列说法正确的是( )

A．小红起跳以后在上升过程中处于超重状态

B．小红下降过程中处于失重状态

C．小红起跳时地面对他的支持力大于他的重力

D．小红起跳以后在下降过程中重力消失了

15．如图所示，轻质弹簧的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下端悬挂一个小球，电梯中有质量为50kg的乘客，在电梯运行时乘客发现轻质弹簧的伸长量始终是电梯静止时伸长量的五分之六，已知重力加速度g=10m/s2，由此可判断

A．乘客处于失重状态

B．电梯可能减速下降，加速度大小为2 m/s2

C．电梯可能加速上升，加速度大小为 2 m/s2

D．乘客对电梯地板的压力为625 N

三、填空题

16．某举重运动员在地面上最多能举起150kg的杠铃，若升降机以2m/s2的加速度加速上升，则该运动员在该升降机中举起杠铃的最大质量为________kg。（g取10m/s2）

17．一质量为m的人站在电梯中,电梯加速上升,加速度大小为 (g为重力加速度),人对电梯底部的压力大小为_______;此过程中电梯中的人处于________状态(填“超重”或“失重”)

18．李明想测量公寓楼升降式电梯匀加速和匀减速运动时的加速度大小，他在电梯内，手持挂有钩码的弹簧秤站立不动，在电梯从1楼直达12楼的过程中，电梯运动状态与弹簧秤示数如下表所示。由表中数据可得，加速运动时加速度大小为__________m/s2，减速运动时加速度大小为__________m/s2。（g=10m/s2）

19．一乘客坐电梯从六层到一层，在电梯加速下降的过程中，乘客所受的支持力__________乘客的重力（选填“大于”或“小于”），乘客处于__________状态（选填“超重”或“失重”）．

20．某宇宙飞船中的宇航员的质量是60kg，起飞阶段向上的加速度是30m/s2，宇航员对坐椅向下的压力为_______________N；重返大气层阶段飞船向下做减速运动，则宇航员处于_______（填“超重”或“失重”）状态。（g=10m/s2）

四、解答题

21．如图所示，一物块以大小v0＝8m/s的速度从足够长的传送带的底端冲上倾角θ＝37°的传送带。已知传送带顺时针转动的速度大小恒为v＝2m/s，传送带与物块间的动摩擦因数μ＝0.5，取sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2，求：

(1)物块从开始减速到和皮带的速度相同所需的时间t1；

(2)物块沿传送带向上运动的最大距离x；

(3)物块在传送带上运动的时间t。

22．在饮料瓶的下方戳一个小孔，瓶中灌水，手持饮料瓶，小孔中有水喷出．放手让瓶自由下落，观察喷水的变化．解释这个现象．

23．如图所示，在倾角为的光滑斜面上有两个用轻质弹簧相连接的物块A、B。它们的质量分别为mA、mB，弹簧的劲度系数为k，C为一固定挡。系统处于静止态。现开始用一恒力F沿斜面方向拉物块A使之向上运动，求物块B刚要离开C时物块A的加速度a和从开始到此时物块A的位移d，已知重力加速度为g。

24．质量为1000kg的汽车，当它以5m/s的速度通过半径为50m的拱桥最高点时。问：

(1)此时汽车对拱桥的压力是多大？

(2)此时汽车处于超重还是失重状态？

(3)设想一种情况，此汽车在地面的速度达到一定程度时会“离地而起”，这时，地面对车的支持力是多大？此时的车速会达到多少？（已知地球半径R=6400km，g=10 m/s2）

25．“蹦极跳”是一种能获得强烈失重，超重感觉非常“刺激”的惊险娱乐项目：人处在离沟底水面上方二十多层楼的高处（或悬崖上），用橡皮弹性绳拴住身体，让人自由下落，落到一定位置时弹性绳拉紧，设人体立即做匀减速运动，到接近水面时刚好减速到零，然后再反弹．已知某“勇敢者”头戴重为50N的安全帽，开始下落的高度为76m，设计的系统使落到离水面28m时弹性绳才绷紧，则当他落到离水面高50m左右位置时戴着安全帽的头顶感觉如何？当他落到离水面15m左右的位置时，头下脚上，则其颈部要用多大的力才能拉住安全帽？（不考虑空气阻力，g=10m/s2）

参考答案

1．D

【详解】

当车减速上坡时，加速度方向沿斜坡向下，人的加速度与车的加速度相同，根据牛顿第二定律知人的合力方向沿斜面向下，合力的大小不变，人受重力、支持力和水平向左的静摩擦力，如图

将加速度沿竖直方向和水平方向分解，有竖直向下的加速度，则

故，乘客处于失重状态。

故选D。

2．D

【详解】

A．在7500N变推力发动机的作用下，探测器相对月球的速度一直下降，说明在向下减速运动，加速度向上，从P到A，探测器处于超重状态，故A错误；

B．探测器经过A点前后，运动方向发生变化，发动机的推力变化，故B错误。

C．从B到C，做直线运动，力与运动方向相同，所以发动机对探测器的作用力始终沿BC方向，故C错误。

D．从C到D探测器做自由落体运动，处于完全失重状态，故D正确。

故选D。

3．D

【详解】

A．当时，加速度向上，部件属于超重状态，故A错误；

B．当至时，部件的加速度在减小，但始终大于零，部件仍处于加速状态，速度增大，故B错误；

C．至时，部件加速度为零，做匀速直线运动，部件的动能不变，但重力势能却不断增大，所以部件的机械能增大，机械能不守恒，故C错误；

D．时，加速度向下，部件属于失重状态，部件所受拉力小于重力，故D正确。

故选D。

4．C

【解析】

A、先让飞船与天宫一号在同一轨道上，此时飞船受到的万有引力等于向心力，若让飞船加速，所需要的向心力变大，万有引力不变，所以飞船做离心运动，不能实现对接，故A错误；

B、由万有引力公式可得运行周期，故半径越大，运行周期越大，所以对接后，“天宫一号”的运行周期小于地球同步卫星的周期，故B错误；

C、第一宇宙速度是最小的发射速度，是最大的环绕地球运动的速度，对接后，“天宫一号”的速度小于第一宇宙速度，故C正确；

D、神州八号与天宫一号受地球对它们的万有引力作用，绕地球做圆周运动，工作的宇航员也是绕地球做圆周运动，受力不平衡，故D错误；

故选C．

【点睛】第一宇宙速度是最小的发射速度，是最大的环绕地球运动的速度；天宫一号和神舟八号绕地球做匀速圆周运动，靠万有引力提供向心力，根据万有引力定律和牛顿第二定律比较周期的大小；神州八号与天宫一号受地球对它们的万有引力作用，绕地球做圆周运动，受力不平衡．

5．A

【详解】

A．火箭加速上升时，加速度方向向上，则宇航员处于超重状态，故A正确；

B．飞船落地前减速下落时，加速度方向向上，则宇航员处于超重状态，故B错误；

C．当火箭加速上升时，加速度方向向上，则宇航员处于超重状态，宇航员对座椅的压力大于自身的重力，故C错误；

D．在飞船绕地球运行时，宇航员处于完全失重状态，但宇航员的重力大小不会变化，故D错误。

故选A。

6．D

【详解】

A．在乘客匀速运动时，所受支持力与重力平衡，乘客不受摩擦力作用，A错；

B．当乘客匀速运动时，既不超重又不失重，B错；

CD．当乘客加速向上运动时，扶梯对乘客的作用力为支持力和摩擦力的合力，方向斜向上，C错；同理D对。

故选D。

7．B

【解析】

【详解】

4-18s内电梯匀速上升，则知 mg=30N，故A错误；在0-4s内，重物对台秤的最大压力 Nm=50N，由牛顿第二定律有：Nm-mg=mam，解得：最大加速度 m/s2=6.7m/s2，故B正确；.0-4s电梯中的重物所受的支持力大于重力，处于超重状态，故C错误；18-22s内，电梯中的重物所受的支持力小于重力，处于失重状态，故D错误。

故选B。

点睛：本题考查读图的能力，关键抓住产生超重和失重现象时，重物对台秤的压力与重力的关系．运用牛顿第二定律研究．注意重物所受的支持力大于重力，处于超重状态，反之是失重.

8．A

【详解】

A．导师先沿斜面向下先做匀加速运动，其加速度存在竖直向下的分量，处于失重状态；后做匀减速运动，其加速度存在竖直向上的分量，处于超重状态，故A正确；

B．根据牛顿第二定律可知，当战车做匀加速运动时，导师所受合力沿斜面向下；当战车做匀减速运动时，导师所受合力沿斜面向上，所以合力不可能不变，故B错误；

C．由于战车加速和减速的时间未知，所以无法判断其加速过程和减速过程中的加速度大小关系，故C错误；

D．设战车运动过程中的最大速度为v，加速和减速时间分别为t1、t2，则根据匀变速直线运动规律的推论有

将L=10m和t=4s代入后解得v=5m/s，故D错误。

故选A。

9．B

【详解】

AB．每个乘客在做匀速圆周运动，具有向心加速度，加速度不为零，合外力不为零，不是匀速运动，故A错误，B正确；

C．乘客对座位的压力大小是变化的，在最低点最大，最高点对座位的压力最小，故C错误；

D．到达摩天轮的最高点时，乘客的加速度向下，乘客对座位的压力小于重力，处于失重状态，但加速度不一定等于g，所以不一定处于“完全失重”状态，故D错误。

故选B。

10．D

【详解】

位移x与时间t的关系图像的斜率表示速度，t1到t2时间内图像的斜率逐渐减小，则嫦娥五号返回器运动速度大小v减小，嫦娥五号返回器向下减速运动，月球样品也向下减速运动，故加速度向上，所以月球样品处于超重状态。

故选D。

11．BC

【详解】

电梯匀速直线运动时，弹簧秤的示数为10N，知重物的重力等于10N，对重物有

解得

方向竖直向下，则电梯的加速度大小为2m/s2，方向竖直向下。电梯可能向下做加速运动，也可能向上做减速运动

故选BC。

12．BC

【详解】

AB．顾客受到的支持力与扶梯受到的压力为一对作用力与反作用力，即大小相等，方向相板，所以扶梯整个过程中，顾客受到的支持力都等于扶梯受到的压力，故A项错误，B项正确；

C．在慢慢加速的过程中，顾客加速度与速度同方向，合力斜向左下方，因而根据牛顿第二定律可知，顾客受到的支持力小于其重力。顾客处于失重状态，故C项正确；

D．在慢慢加速的过程中，顾客受到的合力斜向左下方，因而顾客受到的摩擦力与接触面平行水平向左，所以顾客受重力，支持力，摩擦力三个力的作用，故D项错误。

13．AD

【详解】

AB．设电梯对人的支持力为FN，根据牛顿第二定律有

解得

根据牛顿第三定律知，人对电梯的压力为，故A正确，B错误；

C．无论物体处于超重还是失重，重力都不会改变，所以重力还是mg，故C错误；

D．由于人对电梯的压力为，所以人的视重为，故D正确。

故选AD。

14．BC

【详解】

试题分析：根据牛顿第二定律可得：当加速度向上时，物体处于超重状态，当加速度向下时，物体处于失重状态；起跳以后，向上做减速运动，加速度向下，为失重状态，A错误；下降过程中，做加速运动，加速度向下，为失重状态，失重状态是视重小于重力，不是重力消失了，B正确D错误；起跳时由于向上加速，加速度向上，为超重状态，所以支持力大于重力，C正确；

考点：考查了失重超重

15．BC

【详解】

ABC．电梯静止不动时，小球受力平衡，有：mg=kx，电梯运行时弹簧的伸长量比电梯静止时大，说明弹力变大了，根据牛顿第二定律，有：，解得：

a=2 m/s2，

方向：竖直向上，电梯可能加速上升或减速下降，乘客处于超重状态，故BC符合题意，A不符合题意；

D．以乘客为研究对象，根据牛顿第二定律可得：，解得：

FN=600 N，

故D不符合题意。

故选BC。

16．125

【解析】

试题分析：先根据平衡条件求解人的最大举力，然后结合牛顿第二定律求解在超重的环境下能能够举起的重物的最大质量．

某人在地面上最多能举起150kg的重物，故人的举力与重力平衡，为；在以2m/s2的加速度加速上升的升降机中，重物受重力和举力，根据牛顿第二定律，有，解得．

17．    超重   

【解析】

【详解】

对人受力分析，根据牛顿第二定律可知：N−mg=ma；解得：；根据牛顿第三定律可知,人对电梯底部的压力为mg；因加速度向上，此时电梯受到的支持力大于重物的重力，故人处于超重状态。

18．  2.5  2

【解析】由表中数据可知，加速时弹簧秤的示数为2.5N，匀速时示数为2N，减速时示数为1.6N；则可知，物体的重力为2N，质量为： ；
则根据牛顿第二定律可知，加速时有：F-mg=ma
故物体的加速度为：a==2.5m/s2；
减速时有：mg-F=ma'
故物体的加速度为：a'==2m/s2  

点睛：本题考查牛顿第二定律的应用，要注意明确弹簧秤示数与拉力间的关系，正确分析物体的受力即可准确求解加速度大小和方向。

19．小于    失重   

【详解】

[1][2]在电梯加速下降的过程中，由牛顿第二定律知

N-mg=ma

乘客所受的支持力N小于乘客的重力，乘客处于失重状态。

20．2400    超重   

【详解】

[1]设座椅对宇航员的支持力为FN，由牛顿第二定律可知

代入数据解得FN=2400N，根据牛顿第三定律可知宇航员对坐椅向下的压力为2400N；

[2]当飞船向下做减速运动时，加速度方向向上，故宇航员处于超重状态。

21．(1)1s；(2) 4m；(3)3.6s。

【解析】

【详解】

(1)物块受到重力、传送带的支持力与摩擦力，选取沿传送带的方向向上为正方向，设减速过程加速度为a1、位移为s1、减速到和皮带的速度相同的时间为t1；由牛顿第二定律：

-mgsinθ-μmgcosθ=ma1

解得：

a1＝−10m/s2，负号表示方向沿斜面向下；

减速到和皮带的速度相同的时间：

(2)速度相等后，由于物体所受重力沿斜面方向的分力大于滑动摩擦力，因此物体相对传送带向下运动，受到的滑动摩擦力沿斜面向上，沿斜面方向根据牛顿第二定律有：

-mgsinθ+μmgsosθ=ma2

代入数据得：

a2=-2m/s2，负号表示方向沿斜面向下；

最后减速到速度为零的时间为：

小物块向上滑行的最远距离为：

代入数据可得：

x=4m，

(3)设物块从最高点向下运动的时间为t3，该过程中物块受到的摩擦力的方向向上，所以加速度仍然是a2=-2m/s2，则：

代入数据可得：

t3=2s

所以总时间：

t=t1+t2+t3

可得：

t=3.6s。

22．见解析

【详解】

让瓶自由下落，水与瓶子都只受到重力的作用，加速度为g，处于完全失重状态，此时水和容器的运动状态相同，它们之间没有相互作用，水不会流出。

23．，

【详解】

假设表示未加时弹簧的压缩量，由胡克定律和共点力平衡条件可知

假设表示刚要离开时弹簧的伸长量，由胡克定律和牛顿定律可知

联立方程可得

由题意

解得

24．(1)9500N；(2)失重；(3)0，8000m/s

【详解】

(1)当汽车通过拱桥最高点时，竖直方向的合力提供向心力，则

解得：拱桥对汽车的支持力

据牛顿第三定律可得，汽车对拱桥压力的大小为9500N。

(2)汽车对拱桥的压力小于汽车所受的重力，则此时汽车处于失重状态。

(3)汽车刚好在地面“离地而起”时，地面对车的支持力是0，则有

解得：此时的车速

25．处于完全失重状态，所以头顶感觉不到安全帽的压力，F=135N

【详解】

自由落体运动的高度h=76-28m=48m

当他落到离水面高50m左右位置时，人做自由落体运动，处于完全失重状态，帽子对头顶无作用力

自由落体运动的末速度

匀减速直线运动的加速度

根据牛顿第二定律得

T-mg=ma

解得

T=mg+ma．