5.5超重和失重练习—福建省2021-2022学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册（word含答案）

5.5超重和失重练习
一、单选题
1．2014年12月7日，中国和巴西联合研制的地球资源卫星04星在太原成功发射升空。04星成功发射，恰逢中国长征系列运载火箭第200次发射，展示了两国科技合作最新成果和水平。相比中巴地球资源卫星01星、02星，04星提高了空间分辨率，增加了传感器和谱段数，获取的5米全色、10米多光谱等影像图可广泛应用于中国和巴西农作物估产、环境保护与监测、国土资源勘查和灾害监测等多个领域，满足持续提供稳定的中分辨率普查数据的迫切需求。火箭加速上升的过程中，假设火箭中有一个质量为2kg的物体静止地放在台式弹簧测力计上，此时弹簧测力计的示数可能是（　　）
A．20N B．10N
C．40N D．0N
2．2021年4月28日，在西安举行的全运会田径项目测试赛女子撑杆跳高决赛中，浙江队选手徐惠琴以4米50的成绩获得冠军。若不计空气阻力。则下列说法正确的是（ ）
A．徐惠琴上升过程先处于超重状态，后处于失重状态
B．徐惠琴上升到最高点时其加速度为零，她既不失重也不超重
C．徐惠琴从最高点下落到软垫前，这阶段一直处于超重状态
D．徐惠琴落到软垫后一直做减速运动，一直处于超重状态
3．小明站在电梯里的测力计上，电梯静止时，测力计示数为500N。当电梯以1m/s2的加速度加速上升时，g取10m/s2，下列说法正确的是（　　）
A．小明处于失重状态，测力计的示数为450N
B．小明处于失重状态，测力计的示数为50N
C．小明处于超重状态，测力计的示数为550N
D．小明处于超重状态，测力计的示数为50N
4．2021年7月27日，在东京奥运会跳水女子双人十米跳台决赛中，中国选手陈芋汐/张家齐夺得冠军。运动员在跳台的最外端准备起跳，如图所示，若运动员起跳过程和离开跳台上升的过程均可以看成匀变速运动，则（　　）
A．运动员受到的重力就是她对跳台的压力
B．运动员对跳台的压力是由于跳台发生形变而产生的
C．运动员离开跳台上升到最高点的过程中处于超重状态
D．运动员起跳过程的平均速度和离开跳台上升过程的平均速度相等
5．如图，用一细绳将条形磁铁A竖直挂起来，A的下端吸起一小铁块B。A、B质量相等并处于静止状态。现将细绳烧断，不计空气阻力，在A、B同时下落的过程中（　　）
A．小铁块B的加速度为零 B．磁铁A的加速度为2g
C．A、B之间弹力为零 D．A、B整体处于完全失重状态
6．如图甲所示，在升降机的顶部安装了一个能够显示拉力大小的传感器，传感器下方挂上一轻质弹簧，弹簧下端挂一质量为m的小球，若升降机在匀速运行过程中突然停止，并以此时为零时刻，在后面一段时间内传感器显示弹簧弹力的大小F随时间t变化的图像如图乙所示，g为重力加速度，则（ ）
A．升降机停止前在向下运动
B．0 ~ t1时间内小球处于失重状态，t1 ~ t2时间内小球处于超重状态
C．t1 ~ t3时间内小球向下运动，速度先增大后减小
D．t3 ~ t4时间内小球向下运动，速度一直增大
7．如图所示是一客运电梯某段时间内上升的图像，则有（　　）
A．0~2s时间内，电梯的加速度最大，处于超重状态
B．0~2s时间内，电梯的加速度最大，处于失重状态
C．6~10s时间内，电梯的加速度最大，处于超重状态
D．6~10s时间内，电梯的加速度最大，处于失重状态
8．某跳水运动员在3m长的踏板上起跳，我们通过录像观察到踏板和运动员要经历如图所示的过程，其中A为无人时踏板的静止位置，B为人站在踏板上静止时的平衡位置，C为人在起跳过程中人和踏板运动的最低位置，则下列说法中正确的是（　　）
A．人在起跳过程，运动到A位置时所受合力为零
B．人和踏板由B到A的过程中，人向上做加速运动
C．人和踏板由C到A的过程中，人处于超重状态
D．人和踏板由C到A的过程中，人先超重后失重
二、多选题
9．如图甲所示，轻弹簧竖直固定在水平面上，一质量为m＝0.2kg的小球，从弹簧上端某高度处自由下落，从它接触弹簧到弹簧压缩至最短的过程中（弹簧始终在弹性限度内），其速度v和弹簧压缩量Δx之间的函数图象如图乙所示，其中A为曲线的最高点，小球和弹簧接触瞬间机械能损失不计，取g＝10m/s2，则下列说法正确的是（　　）
A．小球刚接触弹簧时速度最大
B．当Δx＝0.3m时，小球处于超重状态
C．该弹簧的劲度系数为20.0N/m
D．从接触弹簧到压缩至最短的过程中，小球的加速度先减小后增大
10．2021年第14届全运会资格赛落幕，董栋和刘灵玲分获男、女个人蹦床冠军。若将弹簧床等效为竖直轻弹簧，运动员在一次蹦床过程中从最低点由静止竖直向上运动的过程中（弹簧始终在弹性限度内），其速度—时间图像如图所示，其中段为曲线，直线与曲线相切于点，部分关于对称。不计空气阻力，则（　　）
A．运动员在时间内竖直向上做加速运动，处于超重状态
B．在时弹簧处于原长状态，运动员处于失重状态
C．运动员在时到达最高处，处于失重状态
D．运动员在时与时加速度大小相等，都处于失重状态
11．如图所示，质量为M=7kg的箱子B置于光滑水平面上。箱子底板上放一质量为m2=1kg的物体C，质量为m1=2kg的物休A经过定滑轮的轻绳与箱子B相连，在A加速下落的过程中，C与箱子B始终你持相对静止，不计定滑轮的质量和一切阻力，取g=10m/s2，下列正确的是（　　）
A．物体A处于完全失重状态
B．物体A的加速度大小为2m/s2
C．物体对箱子B的静摩擦力大小为16N
D．轻绳对定滑轮的作用力大小为16N
12．网红景点“长江索道已成为重庆旅游的一张靓丽名片，如图1所示为长江索道上运行的轿厢，为研究轿厢及厢中乘客的受力和运动情况，建立如图2所示物理模型，倾斜直索道与水平面夹角为30°，载人轿厢沿钢索做直线运动，轿厢底面水平，质量为m的人站立于轿厢底面且和轿厢壁无相互作用，人和轿厢始终保持相对静止，某次运行中测得人对轿厢底面的压力恒定为1.2mg，g为重力加速度，则下列说法正确的是（　　）
A．轿厢一定沿钢索向上运动
B．轿厢的加速度一定沿钢索向上
C．轿厢对人的摩擦力水平向右
D．人对轿厢的作用力大小为1.4mg
三、填空题
13．2020年12月17日“嫦娥五号”返回器成功返回，并带回来1.73kg月球土壤，这是时隔44年人类再一次获得月球土壤，全体中国人都为之自豪。假设返回器在接近地面时以10m/s2的加速度竖直向下做匀减速运动，则这些月球土壤对返回器的压力为______N，此时土壤处于______状态（选填“超重”或“失重”）。
14．电梯中有一个倾角为θ的粗糙斜面，质量为m的物体静止在斜面上如图所示．当电梯静止时，物体受到的斜面的支持力为N0，斜面对它的静摩擦力为f0；当电梯经加速度a竖直向上做匀加速运动时，物体仍（相对）静止在斜面上；这时斜面对物体的支持力比N0增加了________________，斜面对物体的静摩擦力比f0增加了___________，物体“超重”__________________．
四、解答题
15．升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20kg的物体（g=10m/s2），当升降机
（1）当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？
（2）当升降机以1m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体所受的支持力大小是多少？
（3）当升降机以5m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体所受的支持力大小是多少？
（4）当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？
16．一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重。既新奇又刺激，很受同学们欢迎。其原理是将巨型娱乐器械由升降机送到离地面60m的高处，然后让座舱自由下落，落到离地面20m高时，制动系统启动，座舱均匀减速，到地面时刚好停下。若座舱中的小李体重500N，试求：
(1)此过程中的最大速度是多少？当座舱落到离地面30m的位置时，水平支持面对小李的支持力是多少？
(2)当座舱落到离地面15m的位置时，小李对水平支持面的压力是多少？（取g=10m/s2）。
(3)小李从开始下落经多长时间到达地面？
17．某同学制作了一个“竖直加速度测量仪”，其构造如图所示，一根轻弹簧上端固定在支架上，下端悬挂一重物，弹簧左侧固定一刻度尺。在弹簧下端悬挂1.0N重物，重物静止时指针所指位置的刻度标记为0，两条相邻长刻线间距离设为d，取g＝10m/s2。
(1)在弹簀下端悬挂0.9N重物，重物静止时指针指在刻度尺上的C位置。求此弹簀的劲度系数；
(2)将这个“竖直加速度测量仪”置于在竖直方向运动的电梯中。悬挂1.0 N重物时，在电梯运动的某段时间内，指针指在刻度尺上的C位置。
①判断电梯处于超重状态还是失重状态，并简要说明电梯的运动情况；
②求电梯的加速度。
试卷第1页，共3页
参考答案
1．C
【详解】
火箭加速上升的过程中，物体有向上的加速度，则处于超重状态，即弹簧测力计的读数
F>mg=20N
则弹簧测力计的示数可能是40N。
故选C。
2．A
【详解】
A．在撑杆上升的开始阶段加速度的方向向上，她处于超重状态，在上升的最后阶段加速度的方向向下，她处于失重状态，故A正确；
B．她上升到最高点时，其加速度方向向下，她处于失重状态，故B错误；
C．在空中下降过程她只受到重力的作用，加速度的方向向下，她处于失重状态，故C错误；
D．她落到软垫后，开始时软垫的作用力小于重力，她仍然要做一段加速运动后才会减速，故D错误。
故选A。
3．C
【详解】
弹簧测力计的示数等于人受到测力计的支持力，电梯静止时测力计示数为500N，由二力平衡知，人的重力为
则人的质量为
设测力计对人的支持力为F，当电梯以1m/s2的加速度加速上升时，人的加速度方向向上，人处于超重状态，人受向上的支持力和向下的重力，由牛顿第二定律可知
代入数据解得
故选C。
4．D
【详解】
A．运动员受到的重力的施力物体是地球，而对跳台的压力的施力物体是运动员，不是同一个力，故A错误；
B．运动员对跳台的压力是由于运动员的脚发生形变而产生的，故B错误；
C．运动员离开跳台上升到最高点的过程中，加速度向下，处于失重状态，故C错误；
D．运动员起跳过程和离开跳台上升过程看成匀变速运动，则根据平均速度
由竖直上抛和自由落体的对称性，可知，运动员起跳过程的平均速度和离开跳台上升过程的平均速度相等，故D正确。
故选D。
5．D
【详解】
AB．细绳烧断后，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律得到
加速度大小为
方向竖直向下，故A、B错误。
C．由于条形磁铁A对B有向上的吸引力，则A对B一定有向下有弹力，大小等于磁铁的引力，故C错误。
D．细绳烧断后，A、B同时下落，不计空气阻力，重力加速度为g，属于完全失重状态，故D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A．从0时刻开始，弹簧弹力减小，知小球向上运动，可知升降机停止前向上运动，A错误；
B．0 ~ t1时间内，重力大于弹力，加速度向下，处于失重状态，t1 ~ t2时间内，重力大于弹力，加速度向下，也处于失重状态，B错误；
C．0 ~ t1时间内，小球向上运动，t1 ~ t3时间内，小球向下运动，加速度先向下后向上，则速度先增大后减小，C正确；
D．t3时刻处于最低点，t3 ~ t4时间内，小球向上运动，D错误。
故选C。
【点睛】
本题考查力和运动的关系，知道加速度方向与速度方向相同，做加速运动，加速度方向与速度方向相反，做减速运动。掌握判断超失重的方法，关键看加速度的方向。
7．A
【详解】
0~2s时间内，速度逐渐增加，加速度方向向上，处于超重状态，大小为
6~10s时间内，速度逐渐减小，加速度向下，处于失重状态，大小为
0~2s时间内，电梯的加速度最大。
故选A。
8．D
【详解】
A．人在起跳过程，运动到A位置时踏板对人没有作用力，受到自身重力的作用，故合力不为零，A错误；
B．在B处踏板的作用力与重力平衡，故人和踏板由B到A的过程中，合力向下，人向上做减速运动，B错误；
CD．人和踏板由C到A的过程中，人先加速上升后减速上升，踏板的弹力先大于重力后小于重力，故人先处于超重状态后处于失重状态，C错误，D正确。
故选D。
9．BCD
【详解】
AC．由小球的速度图象知，开始小球的速度增大，说明小球的重力大于弹簧对它的弹力，当Δx为0.1m时，小球的速度最大，然后减小，说明当Δx为0.1m时，小球的重力等于弹簧对它的弹力．所以可得
解得
A错误C正确；
B．弹簧的压缩量为Δx＝0.3m时，弹簧弹力为
故此时物体的加速度向上，物体处于超重状态，B正确；
D．对小球进行受力分析可知，其合力是由mg逐渐减小至零，然后再反向增加的，故小球的加速度先减小后增大，D正确。
故选BCD。
10．AC
【详解】
A．时间内运动员竖直向上做加速运动，加速度向上，处于超重状态，选项A正确；
B．由题图知时运动员的速度达到最大，此时运动员受到弹簧的弹力与重力平衡，弹簧并非处于原长状态，运动员不是处于失重状态，选项B错误；
C．运动员在时到达最高处，加速度向下，处于失重状态，选项C正确；
D．由对称性可知，曲线在时与时的斜率绝对值相等，运动员加速度大小相等，即，运动员在时处于超重状态，在时处于失重状态，选项D错误。
故选AC。
11．BD
【详解】
AB．设绳子拉力为F，则对A
对BC整体
解得
则a加速度向下处于失重但不是完全失重，A错误B正确；
C．摩擦力提供C的加速度
C错误；
D．由于滑轮两侧绳子垂直，则对滑轮的力为
D正确。
故选BD。
12．BC
【详解】
ABC．某次运行中测得人对轿厢底面的压力恒定为1.2mg，大于人的重力，即人和轿厢有竖直向上的分加速度，又因为加速度方向一定沿索道方向，说明人受到水平向右的摩擦力，索道的加速度方向沿索道向上，人和轿厢向上加速或者向下减速，A错误，BC正确；
D．以人为研究对象，在竖直方向上，则有
则人在水平方向的加速度为
则轿厢对人的作用力大小为
联立解得：；
由牛顿第三定律可得，人对轿厢的作用力大小为
D错误；
故选BC。
13．34.6 超重
【详解】
[1]根据牛顿第二定律
根据牛顿第三定律
解得
[2]返回器向下减速因此加速度方向向上处于超重状态。
14．
【详解】
静止时有 mgsinθ=f0 mgcosθ=N0
上升过程建立如图的坐标系：
对物体分析，在水平方向上有：Nsinθ=fcosθ，
在竖直方向上有：Ncosθ+fsinθ mg=ma，
联立解得f=m(g+a)sinθ，则N=m(g+a)cosθ.
斜面对物体的支持力比N0增加了N0'-N0=macosθ
斜面对物体的静摩擦力比f0增加了f0'-f0=masinθ
斜面对物体的作用力为F，根据牛顿第二定律：F-mg=ma，F=mg+ma
物体超重ma
15．（1）200N；（2）超重，220N；（3）失重，100N；（4）0
【详解】
（1）当升降机匀速上升时，根据
根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小200N
（2）当升降机以1m/s2的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态，根据牛顿第二定律
解得
（3）当升降机以5m/s2的加速度减速上升时，加速度方向向下，物体处于失重状态，根据牛顿第二定律
解得
（4）当升降机自由下落时，加速度等于重力加速度，则物体处于完全失重状态，则物体对台秤的压力为0
16．(1)，0；(2)1500N；(3)
【详解】
(1)由题意可知，座舱先自由下落40m，在20m高处时制动系统开始启动后做匀减速运动，所以下落40m时速度最大，设为v，由v2=2gh1，得
离地面30m时，座舱自由下落，处于完全失重状态，所以水平支持面对小李的支持力为0；
(2)设匀减速运动的加速度大小为a2，由v2=2a2h2，得
对小李，由牛顿第二定律有
解得
根据牛顿第三定律，小李对水平支持面的压力是1500N；
(3)自由下落的时间为
匀减速的时间为
则总时间为
17．(1)；(2)①电梯处于失重状态，可能的运动状态是：加速下降或减速上升；②1.0 m/s2，方向竖直向下。
【详解】
以重物为研究对象，重物受到重力和弹簧的拉力。以竖直向上为正方向。
(1)设悬吊0.9 N重物时，弹簧形变量为x1；悬吊1.0 N重物时，弹簧形变量为x2.
根据胡克定律及二力平衡条件
kx1=G1
kx2=G2
代入已知条件
G2－G1=k·2d
解得
(2)①电梯处于失重状态，可能的运动状态是：加速下降或减速上升。
②根据牛顿第二定律
F－mg=ma
解得
a=－1.0 m/s2
电梯的加速度大小为1.0 m/s2，方向竖直向下。
答案第1页，共2页
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