2021-2022学年鲁科版必修1 6.4超重与失重 课后练习（word解析版）

2021-2022学年鲁科版必修1
6.4超重与失重
课后练习（解析版）
1．2020年11月10日8时12分，“奋斗者号”创造了10909m的中国载人深潜新纪录！设奋斗者号的下潜过程沿竖直方向运动，且奋斗者号的体积不变，仅靠排出内部的海水改变自身的总重力来实现下潜。从没入海面开始计时，在0~0.5h内，奋斗者号（连同内部海水）的总质量为m，其下潜的v-t图像如图所示。设海水密度均匀，则（　　）
A．0~0.5h内，奋斗者号处于超重状态
B．0.5~2.5h内，奋斗者号所受浮力的大小为mg
C．2.5~3h内，奋斗者号的总质量小于m
D．0~3h内，奋斗者号下潜的深度为7200m
2．在升降的电梯内的水平地面上放一体重计，电梯静止时，某同学站在体重计上，体重计的示数为，电梯运动时，某一段时间此同学发现体重计的示数为，在这段时间内下列说法正确的是（　　）
A．此同学所受的重力变大了
B．此同学对体重计的压力大于体重计对他的支持力
C．电梯的加速度大小为，方向一定竖直向上
D．电梯的运动方向一定竖直向上
3．用一根细绳将一重物吊在电梯的天花板上，下列四种情况中，绳的拉力最小的是（　　）
A．电梯匀速上升
B．电梯匀速下降
C．电梯加速上升
D．电梯加速下降
4．如图所示，人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，以下说法正确的是（　　）
A．若扶梯斜向上作匀加速运动，人对踏板的压力和人的重力等大
B．人受到重力、支持力和摩擦力的作用
C．人的重力和人对踏板的压力是一对平衡力
D．人受到重力和支持力的作用
5．深蹲是腿部训练的经典动作，它能够刺激全身肌肉，增强激素水平，提高新陈代谢。某同学用压力传感器来研究深蹲过程中脚对地面压力的变化情况。该同学在完成一次起立动作的过程中，脚对地面的压力随时间变化图象应该是（　　）
A．
B．
C．
D．
6．一质量为m的乘客乘坐竖直电梯开始下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示，时间内图线为直线。乘客所受支持力的大小用表示，速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是（　　）
A．时间内，ν增大，乘客处于超重
B．时间内，ν减小，乘客处于失重
C．时间内，ν增大，乘客处于失重
D．时间内，v减小，乘客处于超重
7．在翻修旧房时，工人同时将两块砖水平叠放在一起以某一初速度竖直向上抛出，如图所示。砖到达最高点时刚好被另一工人接住，空气阻力忽略不计。从抛出到将要被接住的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．下面砖对上面砖的弹力方向向上
B．下面砖对上面砖的摩擦力方向与速度方向相反
C．下面砖对上面砖的没有弹力
D．下面砖对上面砖的摩擦力方向垂直速度方向
8．如图所示是装满水的侧壁打有小孔的可乐瓶。当可乐瓶静止时，水会从小孔中流出来，忽略空气阻力，下列说法正确是（　　）
A．手握越紧，手对瓶子的摩擦力越大
B．将可乐瓶整直上抛，在上升过程中水不会从小孔流出
C．可乐瓶掉进沙坑时，水从小孔流出的速度比静止时流速大
D．握力大，瓶子形变严重，手对瓶作用力仍等于瓶子重力
9．某人在地面上用体重计称得体重为490N。他将体重计移至电梯内称其体重，至时间段内，体重计的示数如图所示，电梯运行的图可能是（取电梯向上运动的方向为正）（　　）
A．
B．
C．
D．
10．现在城市的滑板运动非常流行，在水平地面上一名滑板运动员双脚站在滑板上向前滑行，在横杆前起跳并越过杆，从而使人与滑板分别从杆的上方、下方通过，如图所示，假设人和滑板运动过程中受到的各种阻力忽略不计，若运动员顺利地完成了该动作，最终仍落在滑板原来的位置上，则（　　）
A．起跳时双脚对滑板作用力的合力向下偏前
B．运动员起跳时，双脚对滑板作用力的合力竖直向下
C．运动员在空中上升过程处于失重状态
D．运动员在空中运动时，单位时间内速度的变化相同
11．某电梯内地板上水平放置一电子台秤，小明将一食品袋上标有的水果放在上面，发现示数为，则电梯的运动状态可能是（　　）
A．加速上升
B．减速上升
C．加速下降
D．减速下降
12．沼泽地的下面蕴藏着丰富的泥炭，泥炭的纤维状和海绵状的物理结构导致人在其上面行走时容易下陷（设在下陷过程中，泥炭对人的摩擦阻力不计）。如果整个下陷的过程是先加速运动再减速运动，那么，下列说法中正确的是（　　）
A．在加速向下运动时，人对沼泽地的压力小于沼泽地对人的支持力
B．在减速向下运动时，人对沼泽地的压力小于沼泽地对人的支持力
C．在整个运动过程中，人先处于失重状态，后处于超重状态
D．在整个运动过程中，人对沼泽地的压力大小总是等于沼泽地对人的支持力
13．小明同学在学习了超重失重知识后，利用力感器把物体受力大小随时间变化的情况由计算机显示出来。他设计了一个在竖直方向上测物体受力随时间变化的实验，以此来验证物体的超重和失重，如图（a）所示。实验中获得了如图（b）所示的图像，则（　　）
A．该同学先起立后经过一段时间再下蹲
B．由数据可得所挂重物质量约为500g
C．E点的加速度大小约为8.0m/s2
D．从A到B过程中，人一直处于失重状态
14．如图所示，小明在做双脚跳台阶的健身运动，若忽略空气阻力，则下列说法正确的是（　　）
A．小明在下降过程中(未着地)处于失重状态
B．小明起跳以后在上升过程中处于失重状态
C．小明落地时地面对他的支持力小于他的重力
D．起跳过程地面对小明的作用力就是他对地面的作用力
15．在加速度为a匀加速上升的电梯中，有一个质量为m的人，下列说法正确的是（　　）
A．电梯对此人的支持力为
B．此人对电梯的压力为
C．此人受到的重力为
D．此人的视重为
16．在2004年雅典奥运会上，我国运动员黄珊汕第一次参加蹦床项目的比赛就取得了铜牌的优异成绩．假设表演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变化的规律在计算机上绘制出如图所示的曲线，假设当地的重力加速度g＝10m/s2．依据图像给出的信息．
（1）运动员离开弹簧床上升的最大高度．
（2）运动过程中运动员的最大加速度．
17．将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示，在箱的上顶板和下底板装有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动．当箱以a＝2
m/s2加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的压力传感器显示的压力为7.2
N，下底板的压力传感器显示的压力为12
N．(g＝10
m/s2)
(1)金属块的质量m为多少？
(2)若上顶板的压力传感器的示数是下底板的压力传感器示数的一半，试判断箱的运动情况．
(3)要使上顶板的压力传感器的示数为零，箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？
18．某同学在研究性学习中，为了了解高速电梯的工作情况，在上行的电梯内用台秤、重物和停表记录不同时刻水平放置的台秤示数F．刚记录时电梯还未启动，他根据记录描绘出了F~t图像如右图．g取10m/s2．求：
（1）重物质量为多大
（2）电梯运行的最大速度多大
（3）电梯运行的总高度
19．美国密执安大学五名学习航空航天工程的大学生搭乘NASA的飞艇参加了“微重力学生飞行机会计划”，飞行员将飞艇开到6000m的高空后，让飞艇由静止下落，以模拟一种微重力的环境．下落过程飞艇所受空气阻力为其重力的0.04倍，这样，可以获得持续25s之久的失重状态，大学生们就可以进行微重力影响的实验．紧接着飞艇又做匀减速运动，若飞艇离地面的高度不得低于500m．重力加速度g取10m/s2，试计算：
（1）飞艇在25s内所下落的高度；
（2）在飞艇后来的减速过程中，大学生对座位的压力至少是其重力的多少倍．
参考答案
1．C
【详解】
A．0~0.5h内，速度下潜增加，则加速度方向也是向下的，即属于失重，A错误；
B．在0~0.5h内，奋斗者号（连同内部海水）的总质量为m，加速下潜，则有奋斗者号的重力大于浮力，即此时
奋斗者号靠排水改变自身的重量，
0.5~2.5h内，奋斗者号匀速下降，则奋斗者号减小重力达到平衡浮力，即奋斗者号所受浮力不等于mg，B错误；
C．在0~0.5h内，奋斗者号（连同内部海水）的总质量为m，2.5~3h内，奋斗者号减速下降，则浮力大于重力，奋斗者号靠排水改变自身的重量，则此时总质量小于m，C正确；
D．奋斗者号下潜的深度，图像和时间轴的面积表示下降的深度
D错误。
故选C。
2．C
【详解】
A．体重计示数增加了，说明人对体重计的压力增加了，但人的重力源自万有引力，不变，A错误；
B．该同学对体重计的压力与体重计对该同学的支持力是相互作用力，根据牛顿第三定律，等大、反向、共线，B错误；
C．人的质量为60kg，向上加速的过程中体重计的示数为72kg，支持力等于压力，根据牛顿第二定律，有
解得
向上，
C正确；
D．人处于超重状态，加速度向上，运动方向可能向上也可能向下，D错误。
故选C。
3．D
【详解】
电梯匀速上升和匀速下降时
电梯加速上升时
解得
电梯加速下降时
解得
所以，电梯加速下降时绳的拉力最小。
故选D。
4．D
【详解】
A．若扶梯斜向上作匀加速运动，人有向上的加速度分量，人处于超重状态，所以人对踏板的压力大于人的重力，故A错误；
BD．由于人和梯做匀速运动，水平方向加速度为零，所以水平方向摩擦力为零，则人只受到重力和扶梯的支持力作用，故B错误，D正确；
C．人的重力和人对踏板的压力作用对象不同，所以两个力不是一对平衡力，故C错误。
故选
D。
5．A
【详解】
该同学起立过程可以分为两个阶段，开始是静止到运动，后来是运动到静止。第一过程可以看成是加速向上运动，所以有向上的加速度，是超重现象。该过程地面的支持力大于该同学的重力。第二过程可以看成是减速向上运动，所以有向下的加速度，是失重现象。该过程地面的支持力小于该同学的重力。脚对地面的压力与地面对脚的支持力为相互作用力。所以A正确；BCD错误；
故选A。
6．D
【详解】
A．由于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，即乘客的加速度向下运动，根据牛顿第二定律得
解得
处于失重状态，故A错误；
B．在t1～t2时间内，s－t图象的斜率保持不变，所以速度不变，即乘客匀速下降，则
FN=mg
故B错误；
C．在t2～t3时间内，s－t图象的斜率变小，所以速度减小，即乘客的减速下降，根据牛顿第二定律得
解得
处于超重状态，故C错误，D正确。
故选D。
7．C
【详解】
由于两块砖只受重力，处于完全失重状态，两块砖之间没有弹力，也没有摩擦力；
故选C。
8．BD
【详解】
A．瓶子保持静止，受力平衡，对瓶子受力分析，受重力和竖直向上静摩擦力，二力平衡，因而静摩擦力等于重力；握力增加后，瓶子掉不下，依然保持静止，静摩擦力还是等于重力，A错误；
BC．无论是让可乐瓶竖直下落，还是平抛、斜抛和竖直上抛，加速度均为向下的g，水处于完全失重状态，则水在小孔处产生的压强为零，则水不会从小孔中流出，故B正确，C错误；
D．握力大，瓶子形变严重，瓶子掉不下，依然保持静止，故手对瓶作用力仍等于瓶子重力，D正确；
故选BD。
9．BC
【详解】
由G-t图象知：t0~t1时间内，人超重，具有向上的加速度，t1~t2时间内，人匀速运动或静止，t2~t3时间内，失重，具有向下的加速度，因此在t0~t3时间内运动情况有可能是：先匀加速上升，再匀速上升，后匀减速上升；也可能是：先匀减速下降，再静止，然后匀加速下降，所以AD错误，
BC正确。
故选BC。
10．BCD
【详解】
AB．运动员竖直起跳，由于本身就有水平初速度，所以运动员既参与了水平方向上的匀速直线运动，又参与了竖直上抛运动．各分运动具有等时性，水平方向的分运动与滑板的运动情况一样，最终落在滑板的原位置，所以运动员起跳时，对滑板的作用力方向是竖直向下，故A错误，B正确；
CD．人和滑板运动过程中受到的各种阻力忽略不计，运动员在空中上升过程只受重力，运动员在空中处于失重状态，因为只受重力，所以加速度是重力加速度，所以单位时间内速度的变化相同，故CD正确。
故选BCD
。
11．BC
【详解】
对水果受力分析有
加速度向下，所以电梯可能向下加速，或向上减速。
故选BC。
12．CD
【详解】
ABD．人对沼泽地的压力与沼泽地对人的支持力是作用力与反作用力，大小相等方向相反，跟运动状态无关，AB错误，D正确；
C．加速向下运动时，加速度向下，处于失重状态，后减速向下，加速度向上，处于超重状态，C正确。
故选CD。
13．ABC
【详解】
A．因为起立时先向上加速后向上减速，则先超重后失重；下蹲时先向下加速后向下减速，则先失重后超重，由图像可知，该同学先起立后经过一段时间再下蹲，A正确；
B．由图b数据可得所挂重物重力约为5N，即质量约为500g，B正确；
C．在E点时测力计读数约为9N，根据
F-mg=ma
可得加速度大小约为
a=8.0m/s2
C正确；
D．由图像可知，从A到B过程中，人先超重后失重，D错误。
故选ABC。
14．AB
【详解】
AB．小明在下降过程中(未着地)和起跳以后的上升过程中，运动的加速度都为g，即处于失重状态，故A、B正确；
C．小明落地时向下做减速运动，地面对他的支持力大于他的重力，小明处于超重状态，故C错误；
D．地面对小明的作用力和小明对地面的作用力是一对相互作用力，不是同一个力，故D错误。
故选AB。
15．AD
【详解】
AB．设电梯对人的支持力为FN，根据牛顿第二定律有
解得
根据牛顿第三定律知，人对电梯的压力为，故A正确，B错误；
C．无论物体处于超重还是失重，重力都不会改变，所以重力还是mg，故C错误；
D．由于人对电梯的压力为，所以人的视重为，故D正确。
故选AD。
16．5m，
【分析】
（1）由图读出运动员在空中运动的时间，由自由落体运动的规律求出最大高度．（2）当弹力最大时，运动员的加速度．由图读出最大的弹力为2500N，根据牛顿第二定律求出最大加速度．
【详解】
（1）由图象可知运动员运动稳定后每次腾空时间为：
运动员下落过程是做自由落体运动，时间为
则上升的最大高度为
（2）运动过程中运动员的最大加速度可以求出，运动员每次腾空时加速度，而陷落最深时由图象可知
根据由牛顿第二定律得：
解得：
【点睛】
本题考查读图能力和分析研究实际问题的能力．同时要抓住运动员在空中做竖直上抛运动时的对称性，上升和下落时间相等．
17．(1)0.6
kg　(2)向下或向上的匀速直线运动　(3)向上加速或向下减速，加速度大小为10
m/s2
【解析】
（1）由题意可知，金属块所受竖直向下的压力值即为上顶板压力传感器示数（设为），金属块所受竖直向上的弹力值即为下底板压力传感器示数（设为）；
当（竖直向下）、、时，对金属块有：
代入数据解得：；
（2）若上顶板传感器示数为下底板传感器示数的一半，因为弹簧形变量没有改变
所以下底板传感器示数不变，根据牛顿第二定律得：
代入数据解得：，可知箱子向下或向上做匀速直线运动；
（3）设上底板压力传感器示数恰好为零（即上底板与金属块接触但不挤压），此时下底板压力传感器示数仍然不变，有：，方向向上；故要使上顶板压力传感器的示数为零，则箱沿竖直轨道运动向上加速或向下减速，加速度大小为．
点睛：将金属块m用轻质弹簧卡压在一矩形箱中，金属块所受竖直向下的压力值即为上顶板压力传感器示数，金属块所受竖直向上的弹力值即为下底板压力传感器示数，由牛顿第二定律与加速度的大小可求出箱的质量，再由传感器示数来确定箱的运动状态，由上、下底板传感器的示数，利用牛顿第二定律可求出箱的加速度，从而确定箱子的加速度的大小．
18．（1）2kg（2）10m/s（3）200m
【解析】
【详解】
（1）刚记录时，电梯未启动，所以台秤示数等于重力大小，
由图像知，所以；
（2）由图像知，电梯静止、匀加速上升、匀速上升、减速上升，则在内根据牛顿第二定律：
15s末速度最大，，得；
（3）电梯在减速上升，其加速度为
则根据牛顿第二定律：
则末速度：，得到：
所以电梯运行总高度（其中，）
得．
【点睛】
本题考查的超重与失重问题，注意图像的识别，本题也可以用v-t图象来进行求解．
19．（1）飞艇在25s内所下落的高度为3000m；（2）在飞艇后来的减速过程中，大学生对座位的压力至少是其重力的2.152倍．
【详解】
(1)设飞艇在25
s内下落的加速度为a1，根据牛顿第二定律可得
mg－F阻＝ma1
解得：
a1＝9.6
m/s2.
飞艇在25
s内下落的高度为
h1＝a1t2＝3000
m
(2)25
s后飞艇将做匀减速运动，开始减速时飞艇的速度v为
v＝a1t＝240
m/s
减速运动下落的最大高度为
h2＝(6000－3000－500)m＝2500
m
减速运动飞艇的加速度大小a2至少为
a2＝＝11.52
m/s2
设座位对大学生的支持力为N，则
N－mg＝ma2
N＝m(g＋a2)＝2.152mg
根据牛顿第三定律，N′＝N，即大学生对座位压力是其重力的2.152倍．