第6节 超重和失重（分层作业）-高一物理同步备课系列（人教版必修第一册）

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第6节   超重和失重一、超重和失重1．如图所示，质量为m的游客乘坐环形座舱（套装在竖直柱子），由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由落下，落到一定位置时，制动系统启动，到地面时刚好停下．已知座舱开始下落时的高度为76m，当落到离地面28m的位置时开始制动做匀减速运动．不计空气阻力，重力加速度为g，则此过程中下列说法中正确的是（　　）A．当座舱落到离地面50m时，座舱对游客的作用力大小等于mgB．当座舱落到离地面50m时，座舱对游客的作用力大小大于mgC．当座舱落到离地面20m时，座舱对游客的作用力大小大于mgD．当座舱落到离地面20m时，座舱对游客的作用力大小小于mg【答案】C【详解】AB．当座舱落到离地面50m时，座舱处于自由落体过程中，所以座舱对游客的作用力大小等于0，故AB错误；CD．当座舱落到离地面20m时，制动系统已启动，座舱匀减速下落，游客处于超重状态，所以座舱对游客的作用力大小大于mg，C正确，故D错误。故选C。2．全国2021年跳水冠军赛上，谢思場、王宗源摘得男子双人3米板冠军，如图所示为比赛时的精彩瞬间。若不计空气阻力，在运动员离开跳板至到达水下最低点过程中，下列说法正确的是（　　）A．运动员与水接触后便立即开始减速B．运动员在向下运动时，一直处于失重状态C．运动员在向上运动时，一直处于超重状态D．入水过程中，水对运动员的作用力与运动员对水的作用力一定大小相等【答案】D【详解】A．运动员刚入水时，水的阻力小于重力，运动员继续向下加速运动，当入水一定深度后，阻力大于重力，运动员开始向下减速运动，故A错误；B．运动员在向下运动入水一段时间后，水对人的作用力大于重力后，运动员的加速度向上，运动员处于超重状态，故B错误；C．运动员在上升过程只受重力，加速度方向向下，运动员处于失重状态，故C错误；D．水对运动员的作用力和运动员对水的作用力是作用力和反作用力，所以二者大小是相等的，故D正确。故选D。3．电梯天花板上固定一弹簧测力计，测力计下挂一重物。电梯静止时，测力计读数为50N。若电梯向下运动时，测力计读数恒为45N，则此时电梯做（　　）A．匀速运动 B．匀加速运动 C．匀减速运动 D．变加速运动【答案】B【详解】电梯静止时，测力计读数为50N，则物体的重力为若电梯向下运动时，测力计读数恒为45N，说明弹簧的弹力小于物体的重力，物体的合力向下不变，加速度恒定向下，所以电梯向下做匀加速运动，B正确。故选B。4．天问一号着陆器在成功着陆火星表面的过程中，经大气层290s的减速，速度从减为；打开降落伞后，经过90s速度进一步减为；与降落伞分离，打开发动机减速后处于悬停状态，经过对着陆点的探测后平稳着陆。若整个运动可视为竖直向下运动，则着陆器（    ）A．打开降落伞前，只受到气体阻力的作用B．打开降落伞至分离前，处于失重状态C．打开降落伞至分离前，受到的合力方向竖直向上D．悬停状态中，发动机喷火的反作用力与气体阻力是平衡力【答案】C【详解】A．打开降落伞前，在大气层中做减速运动，则着陆器受大气的阻力作用以及火星的引力作用，选项A错误；B．打开降落伞至分离前，飞船减速下降，加速度向上，处于超重状态，选项B错误；C．打开降落伞至分离前，加速度向上，则受到的合力方向竖直向上，选项C正确；D．悬停状态中，发动机喷火的反作用力是气体对发动机的作用力，它和飞船的重力是平衡力，选项D错误。故选C。5．静止的电梯中有一盛水容器，水中浮着一木块，如图所示。当电梯向上做匀加速运动时，木块浸入水中的深度怎样变化（　　）A．变浅 B．变深C．不变 D．无法判断【答案】C【详解】当电梯静止时，木块受到浮力、重力作用。设木块的质量为m，它排开水的体积为V排，由平衡条件得F浮=ρ水gV排=mg解得ρ水V排=m当电梯匀加速上升时，木块仍受到浮力、重力作用，设此时木块排开水的体积为V排'，由牛顿第二定律得F浮'-mg=ma又由于F浮'=ρ水（g+a）V排'所以ρ水V排'=m可知V排'=V排即电梯加速上升时木块相对于水面的位置不变。故选C。6．（多选）几位同学为了探究电梯起动和制动时的运动状态变化情况，他们将体重计放在电梯中，一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从1层直接到10层，之后又从10层直接回到1层．用照相机进行了相关记录，如图所示．图1为电梯静止时体重计的照片，图2、图3、图4和图5分别为电梯运动过程中体重计的照片．根据照片推断正确的是（　　）A．根据图2推断电梯一定处于加速上升过程，电梯内同学可能处于超重状态B．根据图3推断电梯一定处于减速下降过程，电梯内同学可能处于失重状态C．根据图4推断电梯可能处于减速上升过程，电梯内同学一定处于失重状态D．根据图5推断电梯可能处于减速下降过程，电梯内同学一定处于超重状态【答案】CD【详解】图2和图5中体重计示数大于图1，说明电梯内同学处于超重状态，可能是加速上升或减速下降过程。图3和图4中体重计示数小于图1，说明电梯内同学处于失重状态，可能是减速上升或加速下降过程。故选CD。二、完全失重7．2021年9月17日，搭载着3名英雄航天员的神舟十二号载人飞船返回舱成功着陆于东风着陆场，标志着神舟十二号返回任务取得圆满成功，航天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，航天员处于超重状态B．火箭加速上升时，航天员对座椅的压力小于自身重力C．在飞船绕地球运行时，航天员处于完全失重状态，则航天员的重力消失了D．飞船落地前减速下落时，航天员处于失重状态【答案】A【详解】AB．火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力，航天员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，故A正确，B错误；C．航天员处于完全失重状态时，仍然受重力，故C错误；D．飞船落地前减速下落时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力，航天员处于超重状态，故D错误。故选A。8．（2022·甘肃武威·高一期中）如图所示，在“天宫课堂”中，航天员王亚平将乒乓球完全浸没在水中，乒乓球停留在了水中。合理的解释是（　　）A．乒乓球不受任何力的作用B．在太空乒乓球的惯性变大C．在太空失重环境下浮力几乎消失D．在太空失重环境下受到地球引力为零【答案】C【详解】AD．在太空中乒乓球仍受地球的引力作用，故AD错误；B．惯性只与质量有关，乒乓球质量不变，则在太空乒乓球的惯性不变，故B错误；C．在太空中乒乓球处于完全失重状态，和重力有关的一切现象会消失，则在太空失重环境下浮力几乎消失，故C正确。故选C。9．（2022·安徽蚌埠·高一期末）2021年12月9日，在中国空间站首次太空授课中，王亚平做了浮力伴随重力消失的实验：在微重力的空间站中，浮力几乎消失，乒乓球在水中不会上浮（如图甲）。假设在地面进行如图乙所示的实验：弹簧上端固定在烧杯口的支架上端，下端悬挂重为的铁球浸没在水里，弹簧的拉力为，将整个装置由静止释放，在装置稳定自由下落的过程中（铁球始终浸没在水中），不计空气阻力，弹簧的拉力为，则（　　）A． B． C． D．【答案】D【详解】在装置稳定自由下落的过程中处于完全失重状态，因此弹簧的拉力为故选D。10．如图所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，不计空气对人的阻力，下列说法正确的是（　　）A．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零B．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力C．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力D．在降落伞打开后减速下降过程中，安全带的作用力小于B的重力【答案】A【详解】ABC．降落伞未打开时，A、B两人一起做自由落体运动，处于完全失重状态，则A、B之间安全带的作用力为0，A正确，BC错误；D．降落伞打开后，A、B减速下降，加速度向上，则A、B处于超重状态，对B有FT-mg=ma整理得FT=mg+ma>mgD错误。故选A。三、图像问题11．（2022·江苏·淮安市第一中学高一阶段练习）一名乘客乘坐竖直电梯上楼，其位移x与时间t的图像如图所示，其中t1到t2时间段图像为直线。则以下说法正确的是（　　）A．时间内，乘客处于超重状态B．时间内，乘客的速度一直增大C．时间内，乘客对电梯的压力大于乘客重力D．时间内，乘客对电梯的压力小于电梯对乘客的作用力【答案】C【详解】A．由图像可知，图像上某点的切线斜率的大小等于该点对应的运动物体的速度大小，则在时间内，物体的速度一直不变，物体处于平衡状态，加速度为0，故A错误；B．时间内，乘客的速度变小，做减速运动，故B错误；CD．时间内，乘客的速度变大，做加速运动，加速度向上，乘客处于超重状态，乘客对电梯的压力大于乘客的重力，故C正确，D错误。故选C。12．飞行背包是一种可以让使用者通过穿戴该产品后飞上天空的飞行器。消防员利用飞行背包在某次高楼火灾观测时，竖直飞行的v-t图像如图所示，下列说法正确的是（　　）A．消防员上升的最大高度为225mB．消防员在2.5～3.0min内加速度最大C．消防员在3.5～4.25min内处于失重状态D．消防员在2.5～4.25min，平均速度大小约为6.43m/s【答案】D【详解】A．消防员在0～1.5min内上升，1.5～2.5min静止，2.5～4.25min内下降，故1.5s时上升的高度达到最大，据面积法可得，上升的最大高度为A错误；B．图线的斜率表示加速度，由图可知，在0～0.5min内加速度最大，B错误；C．消防员在3.5～4.25min内减速下降，处于超重状态，C错误；D．消防员在2.5～4.25min内的平均速度为D正确。故选D。13．小明同学用台秤研究人在竖直升降电梯中的超重与失重现象．他在地面上用台秤称得自己的体重为500N，再将台秤移至电梯内称其体重，电梯从时由静止开始运动到时停止，得到台秤的示数F随时间t变化的图像如图所示，g取10m/s2，下列说法正确的是（　　）A．在0～2s内，小明处于超重状态B．在0～2s内，小明加速度大小为1m/s2C．在10～11s内，台秤示数为D．在0～11s内，电梯通过的距离为18m【答案】B【详解】AB．由题图可知，在0～2s内，台秤对小明的支持力为由牛顿第二定律有解得加速度方向竖直向下，故小明处于失重状态，故A错误，B正确；C．设在10～11s内小明的加速度为，时间为0～2s的时间为则解得由牛顿第二定律有解得故C错误；D．0～2s内位移2～10s内位移10～11s内位移小明运动的总位移故D错误。故选B。14．用速度传感器测量一质量为m的物体在竖直方向的速度，一段时间内与传感器连接的电脑显示v-t图像如图所示，已知速度向上为正，则下列正确的是（　　）A．t1时刻物体处于失重状态 B．t2时刻物体处于失重状态C．t1时刻物体所受重力大于mg D．t2时刻物体的加速度竖直向上【答案】B【详解】A．以竖直向上为正方向，在v-t图象中，斜率代表加速度，可知t1时刻物体向上做加速运动，加速度的方向向上，处于超重状态，故A错误；BD．t2时刻物体向上做减速运动，加速度的方向向下，处于失重状态，故B正确，D错误；C．物体处于超重或失重时，重力仍为mg，故C错误。故选B。15．（2022·广东东莞·高一期末）（多选）某质量为50kg的同学站在电梯地板上，利用速度传感器和计算机研究电梯的运动情况，如图所示的v—t图像是计算机显示的电梯在某一段时间内速度变化的情况，选竖直向上为正方向，g = 9.8m/s2。结合图像提供的信息，可以判断下列说法中正确的是（   ）A．在0 ~ 5s内，电梯在加速上升，该同学处于超重状态B．在5 ~ 10s内，该同学对电梯地板的压力大小等于0C．在10 ~ 20s内，电梯在减速上升，该同学处于超重状态D．在20 ~ 25s内，该同学对电梯地板的压力大小等于480N【答案】AD【详解】A．在0 ~ 5s内，从v—t图像可知，电梯加速向上运动，该同学处于超重状态，A正确；B．在5 ~ 10s内，v—t图像为水平线，此时电梯在匀速运动，处于受力平衡状态，该同学对电梯地板的压力大小等于500N，B错误；C．在10 ~ 20s内，电梯匀减速上升，该同学处于失重状态，C错误；D．在20 ~ 25s内，电梯加速下降，加速度大小则该同学对电梯底板的压力等于N = mg－ma = 480ND正确。故选AD。16．（多选）蹦极是一项富有挑战性的运动，运动员将弹性绳的一端系在身上，另一端固定在高处，然后运动员从高处跳下，如图所示。图中a点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，c点是运动员所到达的最低点。在运动员从a点到c点的运动过程中，忽略空气阻力，下列说法正确的是（　　）A．运动员的速度一直增大，加速度始终减小B．运动员的速度先增大后减小，加速度是先减小后增大C．运动员始终处于失重状态D．运动员速度最大时，运动员对绳的拉力等于运动员所受的重力【答案】BD【分析】本题根据受力特点，结合牛顿第二定律和超失重规律即可解答。【详解】AB．运动员从a点到c点的运动过程中，开始时重力大于弹力，加速度向下且逐渐减小，速度逐渐变大；后来重力小于弹力，加速度向上且逐渐变大，速度逐渐减小，即整个过程中速度先增加后减小，加速度是先减小后增大，故A错误，B正确；C．运动员开始阶段加速度向下，失重；后来加速度向上，超重，故C错误；D．运动员速度最大时，加速度为0，此时运动员对绳的拉力等于运动员所受的重力，故D正确；故选BD。【点睛】本题需要学生抓住临界，a＝0时，速度最大，也是a开始反向增加的时刻。17．（多选）在升降电梯内的地面上放一体重计，电梯静止时，王华同学站在体重计上，体重计示数为50kg（重力加速度为g）。电梯运动过程中，某一段时间内王华同学发现体重计示数如图所示，在这段时间内（　　）A．王华同学所受的重力变小了B．王华对体重计的压力小于王华的重力C．电梯一定在竖直向下运动D．电梯的加速度大小为，方向一定竖直向下【答案】BD【详解】AB．体重计示数小于王华的重力，是由于王华对体重计的压力变小了，所以王华在这段时间内处于失重状态，王华的重力没有改变，故A错误，B正确；C．王华处于失重状态，加速度向下，可能向上减速运动，也可能向下加速运动，故C错误；D．以竖直向下为正方向，有解得方向竖直向下，故D正确。18．（多选）图甲是张明同学站在力传感器上做下蹲、起跳动作的示意图，点是他的重心位置。图乙是根据传感器采集到的数据画出的力—时间图线。两图中各点均对应，其中有几个点在图甲中没有画出。取重力加速度。根据图像分析可知（　　）A．张明的重力为B．点位置张明处于失重状态C．点位置张明处于超重状态D．张明在点的加速度大于在点的加速度【答案】CD【详解】A．由图甲和图乙可知，张明同学在点时处于平衡状态，力传感器的读数为，由牛顿第三定律可知，力传感器对人的支持力为，由平衡条件可知，张明的重力为，故A错误；BC．由图乙可知，张明同学在点和点时，力传感器的读数均大于，则张明同学处于超重状态，故B错误，C正确；D．由图乙可知，张明同学在点时，力传感器的读数为，由牛顿第二定律有解得由图乙可知，张明同学在点时，力传感器的读数为，由牛顿第二定律有解得则张明在点的加速度大于在点的加速度，故D正确。故选CD。19．（多选）“IYPT2020”有一道题——“下落的塔”：相同的物体彼此堆叠，形成独立的塔，通过施加突然的水平力来卸下底部物体，以使塔架的其余部分下降到地面上，并且塔架保持直立，如下图所示，忽略一切阻力影响，在塔直立下落的过程中，则最上面物体（　　）A．只受重力作用 B．受到支持力作用 C．受到摩擦力作用 D．处于失重状态【答案】AD【详解】由题意可知，当塔架自由下落时，处于完全失重状态，所以它们之间的相互作用力为零，接触面没有摩擦力，没有弹力。故选AD。20．（2022·浙江·高考真题）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。21．（2011·上海·高考真题）如图，在水平面上的箱子内，带异种电荷的小球a、b用绝缘细线分别系于上、下两边，处于静止状态．地面受到的压力为，球b所受细线的拉力为．剪断连接球b的细线后，在球b上升过程中地面受到的压力( )A．小于 B．等于C．等于 D．大于【答案】D【详解】以箱子和a合在一起为研究对象，设其质量为M，剪断连接球b的细线前，则FN=Mg-F+Fe，其中Fe表示b对a的库仑力，也即为b对a和箱子整体的库仑力；剪断连接球b的细线后，则FN′=Mg+Fe′，又由于在球b上升过程中库仑力变大（距离变近），所以FN′＞FN+F，所以D正确；故选D．考点：物体的平衡；库仑定律【名师点睛】本题也可以根据超重和失重的知识求解，开始对木箱和a受力分析，支持力和总重力平衡，剪断细线后，b加速上升，整体处于超重状态，故支持力变大．22．（2008·山东·高考真题）直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子，如图所示．设投放初速度为零．箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比，且运动过程中箱子始终保持图示姿态．在箱子下落过程中．下列说法正确的是A．箱内物体对箱子底部始终没有压力B．箱子刚从飞机上投下时，箱内物体受到的支持力最大C．箱子接近地面时，箱内物体受到的支持力比刚投下时大D．若下落距离足够长，箱内物体有可能不受底部支持力而“飘起来”【答案】C【详解】箱子在下落过程中，受到的重力不变，由于空气阻力与速率平方成正比，所以在下落过程中，速率越来越大，阻力也越来越大，这样合力就越来越小，加速度越来越小，最后箱子会匀速运动．因为救灾物资和箱子一起运动，具有相同的速度和加速度，所以开始时物资和箱子间没有弹力，随着速度的增大，弹力增大，最后弹力等于重力大小．所以答案ABD错误．C正确．23．（2018·浙江·高考真题）如图所示，小芳在体重计上完成下蹲动作，下列F-t图像能反应体重计示数随时间变化的是 A． B． C． D．【答案】C【详解】对人的运动过程分析可知，人下蹲的过程可以分成两段：人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，此时人对传感器的压力小于人的重力的大小；在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态，此时人对传感器的压力大于人的重力的大小，故C正确，A、B、D错误；故选C．【点睛】人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态．24．（2009·广东·高考真题）（多选）某人在地面上用弹簧秤称得体重为490N。他将弹簧秤移至电梯内称其体重，t0至t3时间段内，弹簧秤的示数如图所示，电梯运行的v－t图可能是（取电梯向上运动的方向为正）（　　）A． B． C． D．【答案】AD【详解】由图可知，t0至t1时间段弹簧秤的示数小于G，故物体可能向下加速，也可能向上减速；t1至t2时间段弹力等于重力，故合力为零，物体可能匀速也可能静止；而t2至t3时间段内弹簧秤示数大于重力，则合力向上，故物体加速度向上，电梯可能向上加速也可能向下减速故选AD。25．（2015·江苏·高考真题）（多选）一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示，以竖直向上为a的正方向，则人对地板的压力（ ）A．t=2s时最大 B．t=2s时最小C．t=8.5s时最大 D．t=8.5s时最小【答案】AD【详解】由于t=2s时物体向上的加速度最大，故此时人对地板的压力最大，因为地板此时对人的支持力最大；而t=8．5s时物体向下的加速度最大，故地板对的支持力最小，即人对地板的最小，故选项AD正确，选项BC错误．