高中物理6 超重和失重学案设计

分层集训19　超重和失重

 [合格达标练]

题组一　对超重、失重的理解及判断

1．如图所示，某同学在体验超重和失重现象．下列说法中正确的是(　　)

A．学生缓慢站起来时，体重计示数大于学生的重力

B．学生突然站起来开始一段较短时间内，体重计示数大于学生的重力

C．学生开始直立，缓慢下蹬时，体重计示数小于学生的重力

D．学生突然站起来开始一段较短时间内，体重计对学生的支持力大于学生对体重计的压力

解析：学生缓慢站起来时，加速度为零，体重计示数等于学生的重力；学生突然站起来时，加速度向上，处于超重状态，体重计示数大于学生的重力；学生缓慢下蹬时加速度为零，体重计示数等于学生的重力；学生突然站起来时，体重计对学生的支持力大于学生的重力，但体重计对学生的支持力与学生对体重计的压力是一对作用力与反作用力，大小相等．

答案：B

2．如图所示，金属小桶侧面有一小孔A，当桶内盛水时，水会从小孔A中流出．如果让装满水的小桶自由下落，不计空气阻力，则在小桶自由下落过程中(　　)

A．水继续以相同的速度从小孔中喷出

B．水不再从小孔喷出

C．水将以更大的速度喷出

D．水将以较小的速度喷出

解析：水桶自由下落，处于完全失重状态，故其中的水也处于完全失重状态，对容器壁无压力，故水不会流出，选项B正确．

答案：B

3．(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(　　)

A．在Pa段，人做自由落体运动，处于完全失重状态

B．在ab段，绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态

C．在bc段，绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态

D．在c点，人的速度为零，加速度也为零

解析：人从P点下落到c点的过程中，在Pa段做自由落体运动，加速度为g，方向竖直向下；在ab段人做加速度逐渐减小的加速运动，加速度方向向下；在bc段，绳的拉力大于人的重力，人做加速度逐渐增大的减速运动，加速度方向向上．根据超重和失重的条件可知，选项A、B正确．

答案：AB

题组二　超重、失重的计算问题

4．一学生利用一弹簧测力计把质量m＝1  kg的物体悬吊在竖直电梯的天花板下，测力计的示数随时间的变化如图所示，取g＝10 m/s2，他想通过测力计的示数来判断电梯的运动情况，下列说法正确的是(　　)

A．电梯全程处于上行状态

B．电梯全程处于下行状态

C．电梯先向下后向上运动

D．电梯先减速接着匀速最后加速运动

解析：物体在0～3 s内的加速度a1＝＝ m/s2＝5 m/s2，加速度的方向与重力加速度的方向相同，所以电梯向下做加速运动；3～6 s测力计的示数等于重力，则电梯向下做匀速运动；6～9 s内物体的加速度a2＝＝－5 m/s2，加速度的方向与重力加速度的方向相反，所以电梯向下做减速运动，综上所述，电梯向下先加速接着匀速最后减速运动，全程处于下行状态，故B正确，A、C、D均错误．

答案：B

5．某人在地面上最多能举起60  kg的物体，而在一个加速下降的电梯里最多能举起80  kg的物体．

(1)求电梯的加速度．

(2)若电梯以此加速度上升，则此人在电梯里最多能举起物体的质量是多少？(g取10 m/s2)

解析：(1)某人在地面上最多能举起60  kg的物体，知人的最大举力为F＝mg＝60×10 N＝600 N，

则加速下降的电梯中，根据牛顿第二定律得：

mg－F＝ma

解得a＝＝ m/s2＝2.5 m/s2.

(2)若电梯加速上升，根据牛顿第二定律得：F－m′g＝m′a

解得m′＝＝  kg＝48  kg.

答案：(1)2.5 m/s2　(2)48  kg

[素养提升练]

6．(多选)如图所示，蹦床运动员从空中落到床面上，运动员从接触床面下降到最低点为第一过程，从最低点上升到离开床面为第二过程，运动员(　　)

A．在第一过程中始终处于失重状态

B．在第二过程中始终处于超重状态

C．在第一过程中先处于失重状态，后处于超重状态

D．在第二过程中先处于超重状态，后处于失重状态

解析：运动员刚接触床面时重力大于弹力，运动员向下做加速运动，运动员处于失重状态；随着床面形变增大，弹力逐渐增大，弹力大于重力时，运动员做减速运动，运动员处于超重状态，故A错误、C正确；蹦床运动员在上升过程中和下降过程中是对称的，加速度方向先向上后向下，先处于超重状态，后处于失重状态，故B错误、D正确．故选C、D.

答案：CD

7．一质量为m＝40  kg的小孩站在电梯内的体重计上．电梯从t＝0时刻由静止开始上升，在0～6 s内体重计示数F的变化情况如图所示．试问：在这段时间内小孩超、失重情况及电梯上升的高度是多少？(重力加速度g取10 m/s2)

解析：小孩体重G＝400 N，由题图知，在0～2 s内，F1＝440 N，F1>G，电梯匀加速上升，小孩处于超重状态，此时有a1＝＝1 m/s2，v＝a1t1＝2 m/s，

h1＝a1t＝2 m

在2～5 s内，F2＝400 N，F2＝G，电梯匀速上升，小孩处于平衡状态，此时有h2＝vt2＝6 m

在5～6 s内，F3＝320 N，F3<G，电梯匀减速上升，小孩处于失重状态，此时有a3＝＝2 m/s2

又v－a3t3＝0, 说明电梯在6 s末停止．

故h3＝t3＝1 m

所以电梯上升的高度为

h＝h1＋h2＋h3＝9 m.

答案：在0～2 s内，小孩处于超重状态；在2～5 s内，小孩处于平衡状态；在5～6 s内，小孩处于失重状态；电梯上升的高度为9 m.