2021-2022学年粤教版（2019）必修第一册 4.6失重和超重 课后作业（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）必修第一册
4.6失重和超重
课后作业（解析版）
1．在梯井中，由钢索悬挂竖直电梯C，顶部用绳子悬挂了球A，A下方焊接一个弹簧，弹簧下端悬挂球B，整个装置处于静止状态，简化示意图如图所示。已知绳子、弹簧的质量远小于两球质量，两球质量又远小于电梯质量。若悬挂电梯的钢索突然断裂，在电梯下落瞬间，球A、球B、电梯C各自加速度约为（　　）
A．
0
B．
0
C．0
D．
2．如图所示，用手拿着一个水杯，水杯壁上有一个小孔，水面上浮有一木块，水杯静止时，有水流从小孔中流出，现在将手松开，让水杯自由下落（不计空气阻力），则在落地前（　　）
A．小孔断流，木块相对水面位置不变
B．小孔断流，木块刚好整个浮到水面上
C．小孔断流，木块刚好整个沉到水面下
D．小孔中继续有水喷出，木块相对水面位置不变
3．某同学乘坐电梯上下楼，则电梯做何种运动时，该同学对地板的压力最大（　　）
A．匀速下降
B．加速下降
C．加速上升
D．减速上升
4．在竖直上抛运动中，正确的说法是（　　）
A．上升过程是超重过程
B．下降过程是超重过程
C．全过程是变力作用下的往返运动
D．全过程是的完全失重
5．放在电梯地板上的一个木箱，被一根处于伸长状态的弹簧拉着而处于静止状态，如图所示，后发现木箱突然被向右弹簧拉动，据此可判断出电梯的运动情况是（　　）
A．匀速上升
B．加速下降
C．加速上升
D．匀速下降
6．如图所示为浙江卫视“中国新歌声”娱乐节目所设计的“导师战车”，战车可以在倾斜直轨道上运动。当坐在战车中的导师按下按钮，战车就由静止开始沿长10m的斜面冲到学员面前，最终刚好停在斜面的末端，此过程约历时4s。在战车的运动过程中，下列说法正确的是（　　）
A．导师始先处于失重状态后处于超重状态
B．战车所受外力始终不变
C．战车在倾斜导轨上做匀变速直线运动
D．根据题中信息可以估算导师运动的中间时刻速度
7．在一架直升飞机的顶板上用一细绳悬挂一个质量为M=2kg的三角形箱子，在箱子的底板上固定一个轻质弹簧，弹簧上端栓接一质量为m=0.5kg的小球，开始时，整个系统随直升机一起以加速度a=2m/s2向上加速，某时刻细绳突然断裂，忽略空气阻力，g=10m/s2，则下列说法正确的是（　　）
A．细绳未断裂时弹簧弹力为F=4N
B．细绳断裂瞬间小球处于失重状态
C．细绳断裂瞬间小球的加速度大小为am=8m/s2
D．细绳断裂瞬间箱子的加速度大小为aM=13m/s2
8．“蹦极”是一项非常刺激的体育运动.某人身系弹性绳自高空P点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止地悬吊着时的平衡位置，空气阻力不计，则人从P点落下到最低点c的过程中（　　）
A．人从a点开始做减速运动，一直处于失重状态
B．在ab段绳的拉力小于人的重力，人处于超重状态
C．在bc段绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态
D．在c点，人的速度为零，其加速度也为零
9．如图所示为运动员跳水时的精彩瞬间，则运动员（　　）
A．起跳时跳板对她的支持力大于她对跳板的压力
B．起跳后在上升过程中处于失重状态
C．经过最高点时处于平衡状态
D．在下降过程中处于超重状态
10．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
11．如图所示，商场常见的智能化自动扶梯，无人乘行时，扶梯运行得很慢；当一顾客站上扶梯的水平踏板下楼时，扶梯先匀加速一段时间，后匀速运动。下列说法中正确的是（　　）
A．顾客始终受到两个力的作用
B．扶梯对人的支持力始终小于人的重力
C．加速阶段，人对扶梯踏板的摩擦力方向水平向右
D．加速阶段，扶梯对顾客作用力的方向沿电梯斜向左下
12．如图所示，图线显示的是某人站在力传感器上“下蹲”过程中力传感器的示数随时间在8s内的变化情况。根据8s内图线，下列说法正确的是（　　）
A．该人的重力先变小，后变大，再变小，最后保持在500N数值不变
B．该人对传感器的压力先变小，后变大，再变小，最后保持在500N数值不变
C．该人始终向下加速
D．该人先失重，后超重，最后保持静止
13．一乘客乘坐竖直观光电梯上楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示，其中时间内的图像为直线。下列判断正确的是（　　）
A．时间内，乘客处于超重状态
B．时间内，乘客匀加速上升
C．时间内，乘客的速度越来越大
D．时间内，乘客对电梯的压力小于乘客所受重力
14．潜艇从海水高密度区域驶人低密度区域，浮力顿减，称之为“掉深”。我国南海舰队的某常规型潜艇，是目前世界上唯一的一艘遭遇到海底“掉深”后，还能自救脱险的潜艇，创造了世界潜艇发展史上的奇迹。如图甲，某总质量为的潜艇，在高密度海水区域沿水平方向缓慢航行。t=0s时，该潜艇“掉深”，之后在0~30s时间内潜艇竖直方向的v-t图像如图乙所示（设竖直向下为正方向）。取重力加速度为10m/s2，不计水的粘滞阻力，则（　　）
A．潜艇在“掉深”前的速度为20m/s
B．潜艇在高密度海水区域受到的浮力为
C．潜艇“掉深”后竖直向下的最大位移为100m
D．潜艇“掉深”后在10~30s时间内处于超重状态
15．如图所示，自由下落的小球下落一段时间后，与弹簧接触，从它接触弹簧开始，到弹簧压缩到最短的过程中，以下说法正确的是（　　）
A．从接触弹簧到速度最大的过程是失重过程
B．从接触弹簧到加速度最大的过程是超重过程
C．从接触弹簧到速度最大的过程加速度越来越大
D．速度达到最大时加速度为零
16．超重和失重现象可以用牛顿第二定律加以解释。如图所示。在上端开口的饮料瓶的侧面戳一个小孔，瓶中灌水，手持饮料瓶静止时，小孔有水喷出。饮料瓶在下列运动中，小孔不再向外喷水的是（设饮料瓶没有发生转动且忽略空气阻力）（　　）
A．自由下落
B．饮料瓶被水平抛出后的运动过程中
C．饮料瓶被竖直向上抛出后的运动过程中
D．手持饮料瓶向上匀速运动的过程中
17．小明住的楼房中有一部电梯，小明用了两种方法估测电梯在加速和减速过程中的加速度。
方法1
用测力计悬吊一个重物，保持测力计相对电梯静止，测得电梯上升加速时测力计读数为，减速时为。小明了解到该电梯加速和减速过程的加速度大小是相同的。由此，请估算电梯变速运动时加速度有多大？
方法2
用手机的加速度传感器测量电梯上升中由起动到停止的加速度。请描述此过程电梯的图像是怎样的。再用手机实地测一下看是怎样的。
18．蹦极是一项极限体育项目。运动员从高处跳下，在弹性绳被拉直前做自由落体运动；当弹性绳被拉直后，在弹性绳的缓冲作用下，运动员下降速度先增加再减小逐渐减为0。下降过程中，运动员在什么阶段分别处于超重、失重状态？
19．一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重状态（如图）。一个可乘坐二十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，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，座舱做匀减速运动。若座舱中某人用手托着质量为0.2的手机，当座舱落到离地面50m的位置时，手的感觉如何？当座舱落到离地面15m的位置时，手要用多大的力才能托住手机？
20．某同学学习了牛顿运动定律后，奇思妙想，他利用弹簧测力计设计了如图所示的竖直加速度测量仪，可以用来测量某升降装置竖直上、下运行的加速度。一根轻弹簧固定在小木板上，旁边附有标尺。将重力为0.9N的重物P挂在弹簧下端，静止时指针指向刻度尺C处，当悬挂重力为1.0N的重物Q时，静止时指针所指的刻度标记为O。重物Q与弹簧、木板、标尺共同组成竖直加速度测量仪。取重力加速度。
(1)在某次测量中弹簧指针恰好指向位于刻度A处。求此时升降装置的加速度；
(2)当指针位于刻度E处时，升降装置的加速度。
参考答案
1．D
【详解】
由于电梯与球A之间的绳索可视为不可伸长，即球A和电梯的加速度相同，因为电梯质量远大于其内物体质量，钢索撕裂后，可视为在自身重力下运动，因此加速度大小为，弹簧形变为宏观形变，在瞬间不可更改，因此球B受力几乎不变，其加速度为0，所以ABC错误，D正确，故选D。
2．A
【详解】
水杯自由下落，处于完全失重状态，水对侧壁不产生挤压，故断流。同时木块受到的浮力变为0，故木块的加速度也为g，与水的加速度一样，木块相对水面位置不变。
故选A。
3．C
【详解】
匀速下降时，该同学受力平衡，根据牛顿第三定律可知，该同学对地板的压力等于自身所受的重力；加速下降时，该同学处于失重状态，对地板的压力小于自身所受的重力；加速上升时，该同学处于超重状态，对地板的压力大于自身所受的重力；减速上升时，该同学处于失重状态，对地板的压力小于自身所受的重力。所以当电梯加速上升时，该同学对地板的压力最大。
故选C。
4．D
【详解】
在竖直上抛运动中，物体只受重力作用，根据牛顿第二定律得知，物体的加速度为g，方向竖直向下，全过程是
的完全失重状态。
故选D。
5．B
【详解】
发现木箱突然被弹簧拉动，说明摩擦力减小，支持力减小，故是失重状态，故有向下的加速度，是加速下降或者减速上升。
故选B。
6．A
【详解】
AC．由题意可知，“导师战车”在倾斜轨道上先做匀加速直线运动后做匀减速直线运动，全程不是匀变速直线运动，当处于加速下滑过程，导师具有向下的分加速度，处于失重状态，当处于减速下滑过程，导师具有向上分加速度，处于超重状态，A正确，C错误；
B．由牛顿第二定律可知，“导师战车”所受合力先沿斜面向下，后沿斜面向上，B错误；
D．根据题中信息可以估算导师运动的平均速度
由于全程不是匀变速直线运动，故无法估算导师运动的中间时刻速度，D错误。
故选A。
7．D
【详解】
A．对小球受力分析，受竖直向下的重力和竖直向上的弹力，根据牛顿第二定律可得
解得
A错误；
BC．细绳断裂瞬间，弹簧弹力不会突变，小球依然有向上的加速度，大小等于2m/s2，小球处于超重状态，BC错误；
D．细绳断裂瞬间，箱子受竖直向下的重力和竖直向下的弹簧的弹力，根据牛顿第二定律可得
解得
D正确。
故选D。
8．C
【详解】
ABC．在Pa段绳还没有被拉长，人做自由落体运动，所以处于完全失重状态，在ab段绳的拉力小于人的重力，人受到的合力向下，有向下的加速度，处于失重状态；在bc段绳的拉力大于人的重力，人受到的合力向上，有向上的加速度，处于超重状态，故A、B错误，C正确；
D．在c点，绳的形变量最大，绳的拉力最大，人受到的合力向上，有向上的加速度，处于超重状态，故D错误；
故选择：C。
9．B
【详解】
A．起跳时跳板对她的支持力和她对跳板的压力时一对相互作用力，大小相等，故A错误；
B．起跳后在上升过程中，加速度方向向下，运动员处于失重状态，故B正确；
C．运动员经过最高点时受到竖直向下的重力作用，加速度方向向下，处于失重状态，没有处于平衡状态，故C错误；
D．在下降过程中，加速度方向向下，运动员处于失重状态，故D错误。
故选B。
10．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。
11．C
【详解】
AB．加速时，人受3个力的作用，处于失重状态，支持力小于重力，匀速时，支持力等于重力；AB错误；
C．加速时，扶梯对人的摩擦力方向向左，人对扶梯的摩擦力方向向右，C正确；
D．加速阶段，扶梯对顾客作用力为支持力和摩擦力的合力，由力的合成可知力的方向斜向左上，D错误。
故选C。
12．BD
【详解】
A．人的重力保持不变，只是人对传感器的压力发生变化，故A错误；
B．传感器的示数即为人对传感器的压力，由图可知，该人对传感器的压力先变小，后变大，再变小，最后保持在500N数值不变，故B正确；
C．由图可知，人对传感器的压力先变小，后变大，再变小，即先向下加速，后向下减速，最后静止，故C错误；
D．由图可知，人对传感器的压力先变小，后变大，再变小，即先向下加速，后向下减速，最后静止即该人先失重，后超重，最后保持静止，故D正确。
故选BD。
13．AD
【详解】
A．根据s-t图象的斜率表示速度，由图可知，在0～t1时间内速度增加，该时间段内乘客加速上升，加速度方向向上，处于超重状态，故A正确；
B．在t1～t2时间内，x-t图象的斜率保持不变，乘客的速度不变，乘客向上做匀速直线运动，故B错误；
CD．在t2～t3时间内，x-t图象的斜率变小，乘客的速度减小，乘客向上做减速运动，加速度向下，处于失重状态，乘客所受支持力小于重力，由牛顿第三定律可知乘客对电梯的压力小于乘客所受重力，故C错误，D正确；
故选AD。
14．BD
【详解】
A．v?t图像表示潜艇“掉深”后的速度变化情况，“掉深”前在高密度海水区域沿水平方向缓慢航行，所以不知道“掉深”前的速度，故A错误；
B．因潜艇在高密度海水区域沿水平方向缓慢航行，潜艇在高密度海水区域受到的浮力为
故B正确；
C．根据v?t图像，潜艇“掉深”后竖直向下的最大位移为
故C错误；
D．潜艇“掉深”后在10～30s时间内，加速度方向向上，处于超重状态，故D正确。
故选BD。
15．AD
【详解】
ACD．当弹簧的弹力等于小球的重力时，小球的加速度为零，此时速度最大，则从接触弹簧到速度最大的过程，小球的加速度向下，且加速度逐渐减小，是失重过程，故A、D正确，C错误。
B．当小球到达最低点时小球的加速度最大，则从接触弹簧到加速度最大的过程中，加速度是先向下减小，失重，然后加速度是向上增加，超重，故B错误。
16．ABC
【详解】
ABC．饮料瓶自由下落平抛以及在空中做抛体运动时，均只受到重力的作用，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，故ABC正确；
D．手持饮料瓶向上匀速运动的过程中，由于水处于平衡状态，故水之间存在压力，水会向外喷出，故D错误。
故选ABC。
17．(1)；(2)见解析
【详解】
方法1：设物体质量为m，电梯加速度大小为a，则
解得
方法2：加速过程中加速度方向向上，加速度大小恒定；匀速上升过程中加速度为零；减速停止的过程中加速度方向向下，大小恒定。如下图所示：
18．在弹性绳被拉直前运动员处于完全失重状态；从弹性绳刚被拉直到绳的拉力增大到等于运动员的重力，运动员处于失重状态；从弹性绳的拉力等于运动员的重力开始直到运动员的速度减小为零，运动员处于超重状态。
【详解】
超重是指物体对支持面的压力或者悬挂绳的拉力大于自身的重力，失重是指压力或拉力小于自身重力，完全失重是指压力或拉力为零，据此可以判断：在弹性绳被拉直前运动员处于完全失重状态；从弹性绳刚被拉直到绳的拉力增大到等于运动员的重力，运动员处于失重状态；从弹性绳的拉力等于运动员的重力开始直到运动员的速度减小为零，运动员处于超重状态。
19．(1)人的手感觉不到手机的压力；(2)5.4N
【详解】
(1)当座舱落到离地面50m的位置时，座舱以及人、手机都在自由下落，均处于完全失重状态，因此人的手感觉不到手机的压力，就好像手机没有重量一样；
(2)设座舱做匀减速运动的加速度为a，座舱自由下落h1=48m后的速度为v，之后匀减速运动h2=28m到地面时刚好停下，则
解得
座舱落到离地面15m的位置时，手机处于超重状态，设人手托手机的力为F，则
解得
20．(1)3，方向竖直向下；(2)2，方向竖直向上
【详解】
(1)指针指向刻度O时，小球Q所受弹力为
指针指向刻度C时，小球P所受弹力为
由题可知，弹簧形变量为一个大格时，弹力大小变化为
由小球Q的重力可知，小球Q的质量
当弹簧形变量为三大格时，弹力大小变化为
指针指向刻度A时，小球Q所受弹力为
由牛顿第二定律得
解得
，方向竖直向下
(2)指针指向刻度E时，小球Q所受弹力为
由牛顿第二定律得
解得
，方向竖直向上