物理必修 第一册第5章 牛顿运动定律第5节 超重与失重同步训练题

第五章 第5节 超重与失重   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)一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图像如图所示，以竖直向上为a的正方向，则(   )

A.时人处于失重状态 B.时人处于超重状态

C.时人处于失重状态 D.时人处于超重状态

6、(4分)如图所示，三个相同的小球位于同一高度h处，A做自由落体运动，B沿光滑斜面由静止滑下，C做平抛运动，分析小球落地前的运动状态，下面说法正确的是(   )
 

A.三个小球在运动的过程中处于完全失重状态

B.两小球在运动的过程中处于完全失重状态

C.只有A小球在运动的过程中处于完全失重状态

D.三个小球在运动的过程中处于超重状态

7、(4分)游乐园中，游客乘坐能加速或减速运动的升降机，可以体会超重与失重的感觉。下列描述正确的是(   )

A.当升降机加速上升时，游客处于失重状态 B.当升降机减速下降时，游客处于失重状态

C.当升降机减速上升时，游客处于失重状态 D.当升降机加速下降时，游客处于超重状态

8、(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

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)一小球由某高处自由落下，落在竖直放置的轻质弹簧上，O为弹簧自由状态时最上端，A为小球合力为零的点，B为小球运动的最低点。运动过程在弹簧弹性限度内，小球可视为质点，不计空气阻力。则下列说法正确的是(   )

A.小球在段处于失重状态

B.小球在段处于超重状态

C.小球由O到A过程中，加速度先增大后减小

D.小球由A到B过程中，加速度一直增大

12、(6分)下图显示的是某人站在力传感器上，完成“下蹲”与“起立”动作时力传感器的示数随时间变化的情况.已知时刻人处于静止状态.根据图像判断下列说法正确的是(   )
 

A.从图像显示此人完成了两组“下蹲—起立”动作

B.图中时刻人处于失重状态

C.图中时刻人具有向上的加速度

D.“起立”的过程先超重后失重

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)如图所示是一种较精确测重力加速度g值的方法：将下端装有弹射装置的真空玻璃直管竖直放置，玻璃管足够长，小球竖直向上被弹出，在O点与弹簧分离，然后返回．在O点正上方选取一点P，利用仪器精确测得间的距离为H，从O点出发至返回O点的时间间隔为，小球两次经过P点的时间间隔为.求

(1)重力加速度g的大小；

(2)若O点距玻璃管底部的距离为，玻璃管的最小长度．

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：B

解析：从题图中可知0~4 s内加速度竖直向上，设人受电梯支持力为N，根据牛顿第二定律，，说明人1 s和3 s时都处于超重状态，选项A错误，选项B正确；5 s时加速度为零，说明人受力平衡，，既不是超重也不是失重，选项C错误；7~10 s内加速度竖直向下，此时，，说明9 s时人处于失重状态，选项D错误。

6、答案：B

解析：

7、答案：C

解析：本题以游乐园的升降机为实际情境考查牛顿第二定律的应用、超重和失重。当升降机加速上升时，游客有向上的加速度，是由重力与升降机对游客支持力的合力提供的，此时升降机对游客的支持力大于游客的重力，所以游客处于超重状态，A错误;当升降机减速下降时，游客具有向上的加速度，同理此时游客也处于超重状态，B错误；当升降机减速上升时，游客具有向下的加速度，是由重力与升降机对游客支持力的合力提供的，所以升降机对游客的支持力小于游客的重力，此时游客处于失重状态，C正确;当升降机加速下降时，游客具有向下的加速度，同理可得此时游客处于失重状态，D错误。

8、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

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：ABD

解析：小球在段，重力大于弹力，加速度向下，则处于失重状态，选项A正确；小球在段，重力小于弹力，加速度向上，则处于超重状态，选项B正确；小球由O到A过程中，弹力小于重力，由可知，随弹力增加，加速度减小，选项C错误；小球由A到B过程中，弹力大于重力，由可知，随弹力增加，加速度一直增大，选项D正确。

12、答案：BCD

解析：A.根据图象可以知，加速度先向下后向上，之后又先向上后向下。而下蹲的过程中，先向下加速度运动，再向下减速到停止，加速度先向下再向上；起立的过程中，先向上加速度运动，再向上减速到停止，加速度先向上再向下。所以此人完成了一组“下蹲—起立”动作，选项A错误；
B.由图可知时刻压力小于重力，人处于失重状态，选项B正确；
C.由图可知图中时刻，压力大于重力，人具有向上的加速度，选项C正确；
D.“起立”的过程，先向上加速度运动，再向上减速到停止，加速度先向上再向下，先超重后失重，选项D正确。
故选BCD。

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)

(2)

解析：(1)小球从O点上升到最大高度过程中：①

小球从P点上升的最大高度：②

依据题意：③

联立①②③解得：

(2)玻璃管的最小长度：

故.

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。