6.4超重与失重同步练习题（Word版含答案）

6.4超重与失重同步练习题2021-2022学年鲁科版高中必修一物理
一、单选题
如图所示倾角为的斜面放在地面上，一小滑块从斜面底端冲上斜面，到达最高点后又返回点，斜面始终保持静止，已知滑块上滑过程经过，，的时间相等，且比长，上滑时间为下滑时间的一半，下列说法正确的是取
A. 滑块与斜面间的动摩擦因数为
B. 斜面长为
C. 地面对斜面的摩擦力先向左后向右
D. 滑块向上运动的过程中，地面受到的压力大于斜面体和滑块的总重力
如图所示，质量为小球和质量为的小球用轻弹簧、连接并悬挂在天花板上保持静止，水平力作用在上并缓慢拉，当与竖直方向夹角为时，，伸长量刚好相同。若，的劲度系数分别为、，则以下判断正确的是
A.
B.
C. 撤去的瞬间，球处于完全失重状态
D. 撤去的瞬间，球的加速度大小等于重力加速度
如图所示，汽车用跨过定滑轮的轻绳拉动物块。汽车匀速向右运动，在物块到达滑轮之前，关于物块的下列说法正确的是
A. 将竖直向上做匀速运动
B. 将处于超重状态
C. 将处于失重状态
D. 将竖直向上先加速后减速
如图所示，一段绳子跨过距地面高度为的两个定滑轮，一端连接小车，另一端连接物块，小车最初在左边滑轮的正下方点，以速度从点沿水平面匀速向左运动，运动了距离到达点绳子足够长，下列说法中不正确的是
A. 物块加速上升
B. 物块在上升过程中处于超重状态
C. 车过点时，物块的速度为
D. 车过点时，左边绳子绕定滑轮转动的角速度为
螺旋千斤顶由带手柄的螺杆和底座组成，螺纹与水平面夹角为，如图所示。水平转动手柄，使螺杆沿底座的螺纹槽相当于螺母缓慢旋进而顶起质量为的重物，如果重物和螺杆可在任意位置保持平衡，称为摩擦自锁。能实现自锁的千斤顶，的最大值为。现用一个倾角为的千斤顶将重物缓慢顶起高度后，向螺纹槽滴入润滑油使其动摩擦因数减小，重物回落到起点。假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计螺杆和手柄的质量及螺杆与重物间的摩擦力，转动手柄不改变螺纹槽和螺杆之间的压力。下列说法正确的是
A. 实现摩擦自锁的条件为
B. 下落过程中重物对螺杆的压力等于
C. 从重物开始升起到最高点摩擦力做功为
D. 从重物开始升起到最高点转动手柄做功为
如图所示，火箭内平台上放有质量为的测试仪器，火箭从地面启动后，以加速度竖直向上匀加速运动，升到某一高度时，测试仪对平台的压力为刚离开地面时压力的。已知地球半径为，为地面附近的重力加速度，下列说法正确的是
A. 上升过程中测试仪器处于失重状态
B. 上升过程中重力对测试仪器做正功
C. 此时测试仪器对平台的压为
D. 此时火箭离地高度为
如图甲为某热气球示意图，图乙是它某次升空过程中的图象取竖直向上方向为正方向，则以下说法正确的是
A. 内，热气球的平均速度为
B. 内，热气球竖直向下运动
C. 内，吊篮中的人处于失重状态
D. 内，热气球的总位移为
如图所示，套在竖直细杆上的轻环由跨过定滑轮的不可伸长的轻绳与重物相连，施加外力让沿杆以速度匀速上升，从图中位置上升至与定滑轮的连线处于水平位置，已知与竖直杆成角，则
A. 刚开始时的速度为
B. 匀速上升时，重物也匀速下降
C. 重物下降过程，绳对的拉力小于的重力
D. 运动到位置时，的速度为
如图所示，质量为的斜面体放在水平面，斜面的倾角，质量为的木块放在斜面上。木块下滑的加速度，斜面体静止不动，则
A. 木块与斜面之间的动摩擦因数为
B. 地面对斜面体的支持力等于
C. 地面对斜面体的摩擦力水平向右，大小为
D. 地面对斜面体无摩擦力作用
中国天宫空间站，预计在年前后完成建设，由于国际空间站即将退役，中国空间站将可能成为全球唯一的空间站。已知天宫空间站轨道离地高度约为，年月日，神舟十二号载人飞船返回舱携带着聂海胜、刘伯明、汤洪波三名宇航员成功从空间站返回地面，完成了为期天的太空任务，下列说法正确的是
A. 宇航员在空间站中处于平衡状态
B. 宇航员在太空中绕地球转了约圈
C. 返回舱在穿越大气层时机械能减小
D. 返回舱在穿越大气层时处于完全失重状态
二、填空题
有关圆周运动的基本模型，回答下列问题

如图，汽车通过拱桥的最高点处于_______ 填“超重”或“失重”状态
如图所示是两个圆锥摆，增大，但保持圆锥的高度不变，则圆锥摆的角速度________填“不变”、“增大”或“减小”
如图，同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的、位置先后分别做匀速圆周运动，则在、两位置小球的角速度_____填、、
人用力使脚向下蹬地，使自己跳起来在用力蹬地向上运动的过程中，人对地的压力 地对人的支持力，地对人的支持力 人的重力。填“大于”、“小于”、或等于
某实验小组利用系统在电梯内研究超重和失重现象。他们在电梯地板上放置一个压力传感器，在传感器上放一个物块，如图甲所示。电梯从底层到达顶层的过程中，计算机显示出传感器所受压力大小随时间变化的关系如图乙所示。则从图乙中可以知道该物块的重力为__________，物块处于超重状态的时间段为__________，处于失重状态的时间段为__________。
三、实验题
为了测量竖直方向的加速度，李明同学利用一根轻弹簧、刻度尺、钩码制作了一个测量加速度的装置。如图所示：轻弹簧上端固定在竖直放置的刻度尺的零刻度线处，下端不挂钩码时指针处在位置；挂质量为钩码，静止时指针处在位置，并把位置标为加速度的刻度值，取
弹簧的劲度系数______
将该装置悬挂在竖直上升的升降机中，发现指针处在刻度尺的位置，则位置应标注的加速度值为______；若指针处在、之间某位置，则该升降机处于______填“超重”或“失重”状态。
某同学利用测力计研究在竖直方向运行的电梯运动状态，他在地面上用测力计测量砝码的重力，实数是，他在电梯中用测力计仍测量同一砝码的重力，则测力计的实数小于，由此判断此时电梯的运动状态能是________________。
用螺旋测微器测量某金属丝直径的结果如图所示。该金属丝的直径是________。
某同学用大头针、三角板、量角器等器材测量玻璃砖的折射率，开始玻璃砖位置如图中实线所示，使大头针、圆心在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心缓缓转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察、的像，且的像挡住的像，如此只需测量出_____________，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的方法表示出折射率
某同学测量阻值约为的电阻，现备有下列洗菜：
A.电流表量程，内阻约；
B.电流表量程，内阻约；
C.电流表量程，内阻约；
D.电流表量程，内阻约；
E.直流电源，允许最大电流；
F.滑动变阻器最大阻值，额定功率；
G.电键和导线若干。
电流表应选_________电压表应_________填字母代号
该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：
__________________________________________________________________________________．
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
根据及初速度为零的匀变速直线运动的比例得出斜面长度，再根据分解加速度的思想得出地面对斜面体的摩擦力和支持力和总重力的关系。
本题是匀变速直线运动的运动学公式和推理的综合应用，及牛顿第二定律及超重和失重的灵活应用，中等难度。
【解答】
A.根据上滑时间为下滑时间的一半，得出上滑加速度为下滑加速度的倍，故得出：，解得，故A错误；
B.物体在斜面上减速滑行，根据逆向思维得出：，，再结合初速度为零的匀变速直线运动的比例得出：，，，故斜面长度为，故B正确；
因为上滑加速度，和下滑加速度方向都向下，故加速度的水平分量向左，竖直分量向下，是失重现象，故地面对斜面的摩擦力始终水平向左，地面受到的压力都小于斜面体和滑块的总重力，故 CD错误。
故选B。
2.【答案】
【解析】
【分析】
先对球受力分析，根据平衡条件求解弹簧的拉力；再对、球整体受力分析，根据平衡条件求解弹簧的拉力；最后根据胡克定律判断两个弹簧的劲度系数之比。撤去的瞬间，抓住弹簧的弹力不变，分析两球的加速度。
解决本题的关键要掌握整体法和隔离法的选择技巧：当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时，宜用整体法；而在分析系统内各物体或一个物体各部分间的相互作用时常用隔离法。整体法和隔离法不是独立的，对一些较复杂问题，通常需要多次选取研究对象，交替使用整体法和隔离法。
【解答】
先对球受力分析，受重力和弹簧的拉力，根据平衡条件，有：
再对、球整体受力分析，受重力、拉力和弹簧的拉力，如图所示：
根据平衡条件，有：
根据胡克定律，有：
故得：：：，故A正确，B错误；
D.球原来受重力、拉力和两个弹簧的拉力，撤去拉力瞬间，其余个力不变，合力与原来的大小相等，方向相反，故球加速度为：，故D错误；
C.球受重力和拉力，撤去的瞬间，重力和弹力都不变，故加速度仍然为零，处于平衡状态，故C错误。
故选A。
3.【答案】
【解析】
【分析】
对汽车的实际速度按照沿绳子的方向和垂直于绳子的方向进行分解，表示出沿绳子方向上的分量，其大小即为物块上升的速度大小，结合三角函数的知识即可得知物块的运动规律，物体加速度的方向决定了处于超重还是失重。
解题的关键是对连接体的处理方式即进行运动的分解，得到与其连接的物体的运动情况。
【解答】
对汽车的速度沿绳子的方向和垂直于绳子的方向进行正交分解，如图所示：
有： ，
物块上升的速度大小等于，由可以知道，汽车向右匀速运动的过程中，角度逐渐减小，由得知，速度逐渐增大，向上做加速运动，不会出现减速的情况， 故AD错误；
由于加速度向上，故处于超重，故B正确，C错误。
故选B。
4.【答案】
【解析】
【分析】
本题关键是正确地找出物体的合运动与分运动，然后根据运动分解的平行四边形定则，得到物体速度的大小。
将小车的运动分解为沿绳子方向的运动，以及垂直绳子方向运动即绕滑轮的转动，根据沿绳子方向的运动速度和平行四边形定则求解物体的速度，再结合相应的公式求解。
【解答】
将小车的运动分解为沿绳子方向的运动以及垂直绳子方向的运动，如图：
设此时绳子与水平方向增加的夹角为，则：
所以：
A、由三角函数可解得：当物体运动到绳与水平方向夹角为时物体的速度为，则，可知随着减小，增大，物块加速上升，故A正确；
B、物体向上做加速运动；加速度的方向向上，所以物体处于超重状态，故B正确；
C、当物体运动到点，绳与水平方向夹角时物体的速度为，则，则，故C错误；
D、物体运动到绳与水平方向夹角时，左侧的绳子的长度是，由图可知垂直于绳子方向的分速度为：
所以左边绳子绕定滑轮转动的角速度为：，故D正确。
此题选不正确的，故选C。
5.【答案】
【解析】
【分析】
本题的关键是能够将螺旋千斤顶的螺旋自锁转化成重物在斜面上的物理模型，根据平衡条件、动能定理分析求解。
【解答】
A.自锁时，相当于质量为的物体，放置在倾角为的斜面上，不下滑，则需满足，所以，A错误
B.重物从静止开始下落，落回到起点位置重物速度又减为，所以重物在下落过程中先失重后超重，所以螺杆对重物的支持力先小于，后大于，根据牛顿第三定律可知重物对螺杆的作用力先小于，后大于，故B错误
C.在缓慢升起过程中摩擦力做负功，，C错误
D.根据动能定理，手柄做功， D正确。
故选D。
6.【答案】
【解析】
【分析】
明确加速度方向与超重和失重的关系，根据功的性质确定做功情况；由牛顿第二定律可求得受到的地球的吸引力；再由万有引力公式可求得火箭离地面的高度。
本题考查万有引力公式的应用以及牛顿第二定律的应用，要注意明确火箭在高空中的质量不变，但重力加速度发生了变化。
【解答】
A.火箭的加速度竖直向上，故测试仪器处于超重状态，故A错误；
B.测试仪器向上运动，重力向下，故重力对测试仪器做负功，故B错误；
C.刚离地时，测试仪处于超重状态，故开始时对平台的压力大于重力，故升到某一高度时对平台的压力大于，故C错误；
D.由牛顿第二定律可知：在地面处有：，在空中某处时，，解得：；根据万有引力提供向心力：；在地球表面的物体受到的重力等于万有引力：；联立解得：，故D正确。
故选D。
7.【答案】
【解析】
【分析】
由匀变速直线运动的规律的推论判断内热气球的平均速度；由速度图象斜率的含义判断气球的运动性质；由加速度的方向判断超失重情况；由速度图象的面积解得其位移。
本题主要考查对速度图象的理解与应用，难度一般。
【解答】
A.由图象知，内热气球做匀加速直线运动，由匀变速直线运动的规律的推论可得内热气球的平均速度：，故A错误；
B.由图象可知内热气球竖直向上做减速运动，故B错误；
C.由于内热气球竖直向上做减速运动，其加速度向下，处于失重状态，故吊篮中的人处于失重状态，C正确；
D. 由于速度图象的面积表示位移，故由图可得内，热气球的总位移为：，故D错误。
故选C。
8.【答案】
【解析】
【分析】
把上升的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向的速度，而沿绳子方向的速度与的速度相等，并依据的速度，判定的运动性质，并由牛顿第二定律，确定拉力与重力的关系。
本题考查了运动的合成与分解问题，知道实际运动就是合运动是解答的关键，同时掌握的运动性质也是解题的突破口。
【解答】
对于，它的速度如图中标出的，这个速度看成是的合速度，其分速度分别是、，其中就是的速度同一根绳子，大小相同，刚开始时的速度为；
当环上升至与定滑轮的连线处于水平位置时，，所以的速度，故A错误，D正确；
因匀速上升时，由公式，当上升时，夹角增大，因此做减速运动，由牛顿第二定律可知，绳对的拉力大于的重力，故BC错误。
故选D。

9.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了牛顿第二定律的应用，对木块根据受力求解动摩擦因数，对整体受分析求解支持力和摩擦力。
【解答】
A.对木块受分析知，沿斜面方向上由牛顿第二定律得：，带入数据解得：，故A错误；
B.由于物体沿斜面加速下滑，加速度方向沿斜面向下，所以木块处于失重状态，故对整体受力分析知地面对斜面的支持力小于整体的重力，故B错误；
对整体受力分析，斜面静止不动，由于木块的加速度沿斜面向下，则将其加速度分解到水平方向，则水平向右的加速度为：，则水平方向的合力为：，故C正确，D错误。
故选C。

10.【答案】
【解析】
【分析】
宇航员在太空中时，受到万有引力提供向心力；根据开普勒第三定律求解运行的周期；在返回地球的过程中，加速度向下，处于失重状态，空气阻力对返回舱做负功，机械能减小。
本题主要卫星的运行规律，掌握公式的内容是解题的关键。
【解答】
A.宇航员在空间站中受到万有引力作用，合外力等于万有引力，并不是处于平衡状态，故A错误；
B.地球半径约为，同步卫星离地高度约为，由开普勒第三定律可得：，解得：，因此宇航员在太空中绕地球转了约圈，故B错误；
在返回地球的过程中，加速度向下，处于失重状态，不是完全失重；空气阻力对返回舱做负功，机械能减小，故C正确，D错误。
11.【答案】失重 不变
【解析】
【分析】
本题考查了圆周运动中的动力学问题，通过对各图受力分析，根据指向圆心的合力提供向心力求出相关的物理量进行分析即可。
【解答】
汽车在最高点受重力和支持力作用，其合力提供向心力，，则，汽车处于失重状态；
分析小球受力，重力和拉力的合力提供向心力，，
则，角速度只与、有关，保持圆锥的高度不变，则圆锥摆的角速度不变；
通过对小球受力分析可知，小球在两个位置的向心力相同，由可知，，。
故答案为失重 不变 。
12.【答案】等于 大于。
【解析】
【分析】
由牛顿第三定律作用力和反作用力等大反向。
由牛顿第二定律可判定支持力与重力关系。
本题重点是要知道人在蹬地起跳过程具有向上的加速度，正确应用牛顿第二定律可以解答，基础题。
【解答】人用力使脚向下蹬地，使自己跳起来在用力等地向上运动的过程中，人对地面的压力和地面对人的支持力是一对作用力和反作用力，故人对地面的压力等于地面对人的支持力。
由于人用力使脚向下蹬地，使自己跳起来在用力等地向上运动的过程中，人具有向上的加速度，由牛顿第二定律：，解得：，故地对人的支持力大于人的重力。
故答案为：等于 大于。
13.【答案】；到；到。
【解析】
【分析】
当物体受到的压力大于重力时，物体处于超重状态，加速度向上；当物体受到的压力小于重力时，物体处于失重状态，加速度向下。
本题关键是根据压力的变化情况，得到超、失重情况。
【解答】
从图乙可得物块的重力为；
从时该到，物体受到的压力大于重力时，物体处于超重状态；
从时刻到，物体受到的压力小于重力，物块处于减速状态，加速度向下，处于失重状态。
故答案为：；到； 到。
14.【答案】；；超重。
【解析】
【分析】
根据胡克定律，弹簧的伸长量与拉力成正比，即，代入数据求解劲度系数即可；
由图读出弹簧的长度，由胡克定律求出弹簧的弹力，由牛顿第二定律求出加速度即可。
本题考查胡克定律，关键是公式中的是弹簧的伸长量，不能写成弹簧的长度，基础题目。
【解答】
，，
弹簧的伸长量：
挂质量为钩码时弹簧的弹力：
弹簧的劲度系数：
由图可知，该装置悬挂在竖直上升的升降机中时弹簧的长度为
此时弹簧的弹力：
可知此时物体对弹簧的拉力大于其重力，所以是处于超重状态
由牛顿第二定律可得：
代入数据得：
故答案为：；；超重。
15.【答案】减速上升或加速下降；
均可；
玻璃砖直径边绕过点转过的角度；；
；电流表应该采用内接的方法；滑动变阻器应采用分压器方式的接法。
【解析】
【分析】
测力计的示数小于，砝码的加速度向下，处于失重状态，电梯向下加速或向上减速．
螺旋测微器的固定刻度最小分度为，可动刻度最小分度为，由固定刻度读出整毫米数，可动刻度读出毫米的小数部分．
在玻璃砖的直径边一侧观察、的像，且的像挡住的像，这现象刚好消失，意味着刚好发生全反射，此时玻璃砖内光线的入射角恰好等于临界角，玻璃砖转过，法线也转过，则，根据临界角求出折射率．
采用阻值的比较法选择电流表的接法，根据变阻器的总电阻与待测电阻的关系选择变阻器的接法．
【解答】
加速度方向向下，物体处于失重状态，故可能是减速上升或加速下降；
螺旋测微器的固定刻度读数为，可动刻度要有估读，读数为，本题读数为；
由题意可知，当玻璃砖转过某一角度时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到、的像，做出如图所示的光路图可知，测出玻璃直径边转过的角度，则法线转过的角度也为，玻璃砖内入射角为，临界角为，则
电学实验选择仪器的一般步骤如下：根据电路中电流、电压的最大值选择电流表和电压表的量程，量程不能太大导致电表的读数偏小；根据题中关键语句，如精确测量，从零开始连续可调等等选择分压电路亦或是限流电路；分压电路滑动变阻器选择小阻值，限流电路滑动变阻器选择大阻值；选择电流表的内外接法，采用阻值比较法，一般的原则是“大内偏大，小外偏小”
本题中，待测电阻的阻值约为，直流电源电动势为，经粗略计算电路中最大的电流约为，所以电流表选择；虽然电压表的量程不足，可以变阻器调节使电压不超过量程．电压表的量程超过太多，读数偏小，故电压表选择表．
由于则电流表应采用内接的方法；
则电流表应采用内接的方法；滑动变阻器应采用分压器方式的接法．
故本题答案：
减速上升或加速下降；；玻璃砖直径边绕点转过的角度；
电流表应采用内接的方法滑动变阻器应采用分压器方式的接法。
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