高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第5节 超重与失重练习

第5章　牛顿运动定律

第5节　超重与失重

基础过关练

题组一　超重和失重概念

1.(2020内蒙古鄂尔多斯高一月考)关于超重和失重的下列说法中,正确的是 (　　)

A.物体向上运动时处于超重状态,物体向下运动时处于失重状态

B.处于完全失重状态的物体一定是向下运动

C.超重就是物体所受的重力增大了,失重就是物体所受的重力减小了

D.物体做自由落体运动时处于完全失重状态

题组二　失重的产生条件

2.(2020广东珠海二中高一上期末)蹦极是一种极限体育项目,可以锻炼人的胆量和意志。运动员从高处跳下,弹性绳被拉展前做自由落体运动,弹性绳被拉展后在弹性绳的缓冲作用下,运动员下落一定高度后速度减为零。在下降的全过程中,下列说法中正确的是              (　　)

A.弹性绳被拉展前运动员处于失重状态,弹性绳被拉展后运动员处于超重状态

B.弹性绳被拉展后运动员先处于失重状态,后处于超重状态

C.弹性绳被拉展后运动员先处于超重状态,后处于失重状态

D.运动员一直处于失重状态

3.(2021江苏苏州高一月考)下列关于超重、失重现象的描述中,正确的是 (　　)

A.电梯正在减速上升,人在电梯中处于超重状态

B.电梯正在加速下降,人在电梯中处于失重状态

C.举重运动员托举杠铃保持静止,运动员处于超重状态

D.列车在水平轨道上加速行驶,车上的人处于超重状态

题组三　利用图像分析超重和失重现象

4.(2019山东泰安高一上期末)如图所示,是某人站在压力板传感器上,做下蹲—起立的动作时记录的压力随时间变化的图线,纵坐标为力(单位为N),横坐标为时间(单位为s)。由图线可知,该人的体重约为650 N,除此之外,还可以得到的信息是              (　　)

A.该人做了两次下蹲—起立的动作

B.该人做了一次下蹲—起立的动作

C.下蹲过程中人处于失重状态

D.下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态

5.(2020云南玉溪高一月考)某人在地面上用体重计称得其体重为490 N。他将体重计移至电梯内称其体重,t0至t3时间段内体重计的示数如图所示,则电梯运行的v-t图像可能是(取电梯向上运动的方向为正)              (　　)

题组四　利用牛顿第二定律定量分析超重和失重

6.(2019福建师范大学附属中学高一上期末)一位在地面上最多可以举起1 500 N重物的人,在某竖直运动的电梯中最多可以举起2 000 N的重物。g=10 m/s2。该电梯的运动可能是              (　　)

A.以3.3 m/s2的加速度加速下降

B.以3.3 m/s2的加速度减速下降

C.以2.5 m/s2的加速度加速上升

D.以2.5 m/s2的加速度减速上升

能力提升练

选择题

1.(2019福建龙岩一级达标校高一上期末,疑难1,★★☆)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铁球,在电梯竖直运行时,乘客发现弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量小,这一现象表明此过程中              (　　)

A.电梯一定是在下降

B.电梯一定是在上升

C.乘客一定处在超重状态

D.乘客一定处在失重状态

2.(疑难2,★★☆)如图所示,小明乘坐电梯上楼,他站在静止的电梯厢中,按动上楼按钮后电梯由静止开始竖直向上先做匀加速运动,经3.0 s电梯达到最大速度6.0 m/s。若小明的质量为50 kg,g=10 m/s2,对于这个加速运动的过程,下列说法中正确的是              (　　)

A.小明对电梯厢底板的压力大小为500 N,小明处于超重状态

B.小明对电梯厢底板的压力大小为600 N,小明处于超重状态

C.小明对电梯厢底板的压力大小为400 N,小明处于失重状态

D.小明对电梯厢底板的压力大小为500 N,小明处于失重状态

3.(2019天津河西高一上期末,疑难1,★★☆)作为第十三届全运会的东道主,双人10米台为天津跳水队的重点项目。跳台跳水可简化为如下的运动过程,运动员从跳台上斜向上跳起,一段时间后落入水中,如图所示。不计空气阻力,下列说法正确的是              (　　)

A.运动员在空中上升过程中处于超重状态

B.运动员在空中运动到最高点时加速度为0

C.运动员在空中上升过程中处于失重状态

D.入水过程中,水对运动员的作用力大于运动员对水的作用力

4.(2020北京海淀高一上期末,★★☆)(多选)图甲是某人站在力传感器上做下蹲——起跳动作的示意图,中间的“·”表示人的重心。图乙是根据传感器画出的F-t图像。两图中a～g各点一一对应,其中有几个点在图甲中没有画出。取重力加速度g=10 m/s2。则下列说法中正确的是              (　　)

A.此人的质量约为70 kg

B.此人重心在b点时处于失重状态

C.此人重心在d点时的加速度方向向下

D.在a、b、d三点中,此人重心在d点时加速度最大

5.(2019山东济南第一中学高一上期末,★★☆)某校科技兴趣小组观察“嫦娥二号”的发射过程后,用实验来模拟卫星的发射。火箭点燃后从地面竖直升空,t1时刻第一级火箭燃料燃尽后脱落,t2时刻第二级火箭燃料燃尽后脱落,此后不再有燃料燃烧。实验中测得火箭的v-t图像如图所示,设运动中不计空气阻力,全过程中燃料燃烧时产生的推力大小恒定。下列判断中正确的是              (　　)

A.t2时刻火箭到达最高点,t3时刻火箭落回地面

B.火箭在t2～t3时间内的加速度大小大于重力加速度

C.火箭在0～t1时间内的加速度大于t1～t2时间内的加速度

D.t1～t2时间内火箭处于超重状态,t2～t3时间内火箭处于失重状态

6.(2019广东江门二中高一上期末,疑难1,★★☆)(多选)如图甲所示为某城市观光电梯的示意图,游客由首层搭载该电梯从静止开始上升,设向上为正方向,电梯的加速度a随时间t的变化如图乙所示,则以下判断正确的是              (　　)

甲　　　　　　　　　　　　乙

A.经过42 s,游客又回到首层

B.在0～10 s,游客处于超重状态

C.在30～42 s,游客处于超重状态

D.电梯匀速运动历时20 s

7.(2019江苏宿迁高一上期末,疑难1,★★☆)2018年12月8日2时23分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,开启了月球探测的新旅程。若运载火箭在发射升空过程中,探测器先做加速运动,后做减速运动。下列说法正确的是　              (　　)

A.探测器在加速过程中惯性变大

B.探测器先处于超重状态,后处于失重状态

C.探测器先处于失重状态,后处于超重状态

D.在加速过程,火箭对探测器的作用力大于探测器对火箭的作用力

8.(2019安徽农兴中学高一上期末,疑难2,★★☆)某人站在沿竖直方向运动的电梯内,他受到电梯的支持力为所受重力的,则以下判断正确的是(g=10 m/s2)              (　　)

A.电梯加速度大小为9 m/s2,人处于超重状态

B.电梯加速度大小为1 m/s2,人处于失重状态

C.电梯加速度大小为1 m/s2,人处于超重状态

D.电梯加速度大小为9 m/s2,人处于失重状态

9.(2019内蒙古集宁一中高一上期末,疑难1,★★★)如图所示,台秤上放置盛水的杯,杯底用细线系一木质小球,若细线突然断裂,则在小木球上浮到水面的过程中,台秤的示数将              (　　)

A.变小　　　　　　　　B.变大

C.不变　　　　　　　　D.无法判断

10.(2019浙江建德新安江中学高一上期末,疑难1,★★☆)有一种新型弹跳鞋叫弹跳跷,当人穿着这种鞋从高处跳下压缩弹簧,人就会向上弹起,进而带动弹跳鞋跳跃。假设弹跳鞋对人的作用力类似于弹簧弹力且人始终在竖直方向运动,不计空气阻力,下列说法中正确的是              (　　)

A.人向上弹起的过程中,始终处于超重状态

B.人向上弹起的过程中,鞋对人的作用力大于人对鞋的作用力

C.弹簧压缩到最低点时,鞋对人的作用力大于人的重力

D.从最高点下落到最低点的过程,人先做匀加速运动后做匀减速运动

11.(2020福建福州五校高一上测试,★★☆)(多选)2019年国际体联蹦床世界杯阿塞拜疆巴库站比赛,中国选手刘灵玲通过紧张激烈的决赛,将女子个人金牌收入囊中。假设比赛时运动员仅在竖直方向运动,通过传感器将弹簧床面与运动员间的弹力随时间的变化规律在计算机上绘制出如图所示的曲线,当地重力加速度g取10 m/s2,依据图像给出的信息可知,运动员的质量和运动员离开弹簧床上升的最大高度分别为              (　　)

A.60 kg　　　　　　　　B.50 kg

C.1.6 m　　　　　　　　D.3.2 m

12.(2019广东江门高一上期末,★★☆)(多选)为了节能,商场安装了如图所示节能电动扶梯,无人乘行时,扶梯运转得很慢;有人站上扶梯时,它会先加速,再匀速运转,一位顾客乘扶梯上楼,恰好经历了这两个过程,则下列说法中正确的是              (　　)

A.扶梯加速时,扶梯对顾客的摩擦力方向为水平向左

B.扶梯加速时,扶梯对顾客的支持力大小大于顾客的重力大小

C.扶梯对顾客作用力的方向先向右上方,再竖直向上

D.顾客一直受到三个力的作用

答案全解全析

基础过关练

1.D　根据牛顿第二定律,物体具有向上的加速度时,物体处于超重状态;物体具有向下的加速度时,物体处于失重状态。物体向上运动或向下运动,加速度可能向上也可能向下,不能够判断它是处于超重还是失重状态,故A、B错误。超重并非物体所受的重力增大了,而是物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力;失重也并非物体所受的重力减小了,而是物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力,故C错误。物体做自由落体运动时,加速度等于重力加速度,方向向下,物体处于完全失重状态,故D正确。

2.B　弹性绳被拉展前运动员做自由落体运动,所以处于完全失重状态;弹性绳被拉展后的一段时间内,运动员先做加速度减小的加速运动,当拉力大于重力时做加速度增加的减速运动,所以弹性绳被拉展后运动员先处于失重状态,后处于超重状态,故B正确。

3.B　电梯正在减速上升,加速度向下,故电梯中的乘客处于失重状态,故A错误;电梯正在加速下降,加速度向下,故电梯中的乘客处于失重状态,故B正确;举重运动员托举杠铃保持静止,运动员处于平衡状态,故C错误;列车在水平轨道上加速行驶,车上的人的加速度沿水平方向,故人不超重也不失重,故D错误。

4.B　人下蹲先是加速下降失重,到达一个最大速度后再减速下降超重;同理,起立对应先超重再失重。对应图像可知,该同学做了一次下蹲—起立的动作。故选B。

5.A　由题图可以看出,t0～t1时间内,视重小于其重力,t1～t2时间内,视重等于其重力,而在t2～t3时间内,视重大于其重力,则t0～t1时间内,该人具有向下的加速度,t1～t2时间内,该人处于平衡状态,而在t2～t3时间内,该人具有向上的加速度,所以可能的图像为A。

6.D　此人最大的举力为1 500 N,在竖直向上运动的电梯中最多举起了2 000 N的物体,可知物体处于失重状态。物体质量m==200 kg,由牛顿第二定律得G-F=ma,解得a== m/s2=2.5 m/s2,方向向下,则电梯可能以2.5 m/s2的加速度减速上升,也可能以2.5 m/s2的加速度加速下降,故选D。

能力提升练

1.D　电梯静止不动时,小球受力平衡,有mg=kx1,弹簧的伸长量比电梯静止时的伸长量小了,说明弹力变小了,根据牛顿第二定律,有mg-kx2=ma,故加速度向下,电梯加速下降或者减速上升,电梯以及电梯中的人处于失重状态,故D正确A、B、C错误。

2.B　经3.0 s电梯达到最大速度6.0 m/s,则加速度a== m/s2=2.0 m/s2,对小明进行受力分析得N-mg=ma,所以N=mg+ma=50×(10+2)=600 N,由牛顿第三定律得,小明对电梯厢底板的压力大小为600 N。由于小明对电梯厢底板的压力大小为600 N,大于他的重力,所以小明处于超重状态,故选B。

3.C　运动员起跳以后在空中的上升过程中加速度方向向下,所以处于失重状态,故A错误,C正确;运动员在空中运动到最高点时,只受重力作用,加速度为g,选项B错误;入水过程中,水对运动员的作用力和运动员对水的作用力是一对作用力与反作用力,二者大小相等,故D错误。故选C。

4.ABD　题图中a表示人处于静止状态,此时力传感器示数约为700 N,则此人质量约为70 kg,选项A正确;b点对应的力小于人的重力,故人处于失重状态,选项B正确;d点对应人处于超重状态,加速度方向向上,选项C错误;a点对应的加速度为0,b点对应的加速度大小为 m/s2≈7.1 m/s2,d点对应加速度大小为 m/s2≈18.6 m/s2,选项D正确。

5.D　火箭上升的最大高度即运动过程中的最大位移,由图可知当速度等于零时,位移最大,火箭处于最高点,即t3时刻到达最高点,故A错误;火箭在t2～t3时间内没有燃料燃烧,又不计空气阻力,故火箭只受重力,所以加速度等于重力加速度,故B错误;v-t图线的斜率表示加速度,由图可知火箭在0～t1时间内的加速度小于t1～t2时间内的加速度,故C错误;由图可知,t1～t2时间内加速度为正,向上,所以火箭处于超重状态,t2～t3时间内加速度为负,向下,所以火箭处于失重状态,故D正确。故选D。

6.BD　游客由首层搭载该电梯从静止开始上升,0～10 s内加速度方向向上,游客处于超重状态;10～30 s内加速度为零,游客做匀速直线运动;30～42 s内加速度方向向下,游客处于失重状态,故B、D正确,C错误;电梯在0～10 s内加速上升,在10～30 s内匀速上升,在30～39 s内减速上升,在39～42 s内加速下降,第42 s时游客不会回到首层,故A错误。

7.B　物体的惯性只取决于物体的质量,与物体的运动状态无关,故A错误;探测器在发射升空过程中,先做加速运动,后做减速运动,向上加速过程加速度向上,则为超重状态,向上减速过程加速度向下,则为失重状态,故B正确,C错误;由牛顿第三定律可知,火箭对探测器的作用力等于探测器对火箭的作用力,故D错误。故选B。

8.B　电梯对人的支持力N=mg,根据牛顿第二定律得:mg-N=ma,解得人的加速度a=0.1g=1 m/s2,方向竖直向下,人处于失重状态,故选B。

9.A　将细线割断,木球加速上升,加速度方向向上,木球上浮留下的空位由水来填充,所以相当于一个与木球同样大小的水球向下加速运动,由于同样体积的木球质量小于水球的质量,所以整体存在失重现象,台秤的示数减小。故选A。

10.C　人从弹簧被压缩到最大开始向上运动,开始时弹力大于重力,合力向上,处于超重状态,弹力越来越小,当弹力与重力相等时,速度最大,由于惯性人继续向上运动,弹力小于重力,合力向下,处于失重状态,故A错误,C正确;由牛顿第三定律可知,鞋对人的作用力等于人对鞋的作用力,故B错误;从最高点下落,做自由落体运动,到弹跳鞋与地面接触,接下来人压缩弹簧,开始时弹簧形变较小,所以开始一小段时间,人的重力大于弹力,由于向下压缩弹簧,所以弹力增大,人的加速度减小,做加速度减小的加速运动,当弹力等于重力时,速度达到最大,之后弹力大于重力,且弹力增大,人做加速度增大的减速运动,故D错误。故应选C。

11.BD　题图中曲线描绘的是运动员与弹簧床面间弹力的变化规律,在0～3.6 s内弹力不变,可知运动员处于静止状态,所以重力为500 N,即质量为50 kg;运动员离开床面时,与弹簧床面间没有弹力作用,而且离开床面后运动员做竖直上抛运动,由题中图线可知上抛到最高点的时间为 s=0.8 s,所以上升的最大高度h=gt2=3.2 m。选项B、D正确。

12.BC　扶梯加速时,顾客加速度斜向右上方,合力斜向右上方,因而顾客受到的摩擦力水平向右,扶梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上方,扶梯对顾客的支持力大小大于顾客的重力大小;在匀速运动的过程中,顾客处于平衡状态,只受重力和支持力,顾客与电梯间的摩擦力等于零,扶梯对顾客作用力的方向竖直向上。所以扶梯对顾客作用力的方向先指向右上方,再竖直向上,顾客先受到三个力的作用,后受到两个力的作用。故A、D错误,B、C正确。