5.5超重与失重同步练习--2021-2022学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册(Word版含答案)

鲁科版（2019）高一物理必修第一册课时同步练习
第5节 超重与失重
一、单项选择题
1、下列关于超重、失重现象的描述中,正确的是( )
A.电梯正在减速上升,人在电梯中处于超重状态
B.电梯正在加速下降,人在电梯中处于失重状态
C.举重运动员托举杠铃保持静止,运动员处于超重状态
D.列车在水平轨道上加速行驶,车上的人处于超重状态
2、如图所示,小明乘坐电梯上楼,他站在静止的电梯厢中,按动上楼按钮后电梯由静止开始竖直向上先做匀加速运动,经3.0 s电梯达到最大速度6.0 m/s。若小明的质量为50 kg,g=10 m/s2,对于这个加速运动的过程,下列说法中正确的是 (　　)
A.小明对电梯厢底板的压力大小为500 N,小明处于超重状态
B.小明对电梯厢底板的压力大小为600 N,小明处于超重状态
C.小明对电梯厢底板的压力大小为400 N,小明处于失重状态
D.小明对电梯厢底板的压力大小为500 N,小明处于失重状态
3、关于超重和失重的下列说法中,正确的是 (　　)
A.物体向上运动时处于超重状态,物体向下运动时处于失重状态
B.处于完全失重状态的物体一定是向下运动
C.超重就是物体所受的重力增大了,失重就是物体所受的重力减小了
D.物体做自由落体运动时处于完全失重状态
4、“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点是弹性绳的原长度位置,c是人所到达的最低点,b是人静止悬吊着时的平衡位置。人在从P点下落到最低点c点的过程中 (　　)
A.人在a点时速度最大
B.人在ab段做加速度增大的加速运动,处于失重状态
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,处于平衡状态
5、一位在地面上最多可以举起1 500 N重物的人,在某竖直运动的电梯中最多可以举起2 000 N的重物。g=10 m/s2。该电梯的运动可能是 (　　)
A.以3.3 m/s2的加速度加速下降
B.以3.3 m/s2的加速度减速下降
C.以2.5 m/s2的加速度加速上升
D.以2.5 m/s2的加速度减速上升
6、如图所示,台秤上放置盛水的杯,杯底用细线系一木质小球,若细线突然断裂,则在小木球上浮到水面的过程中,台秤的示数将 (　　)
A.变小 B.变大
C.不变 D.无法判断
7、有一种新型弹跳鞋叫弹跳跷,当人穿着这种鞋从高处跳下压缩弹簧,人就会向上弹起,进而带动弹跳鞋跳跃。假设弹跳鞋对人的作用力类似于弹簧弹力且人始终在竖直方向运动,不计空气阻力,下列说法中正确的是 (　　)
A.人向上弹起的过程中,始终处于超重状态
B.人向上弹起的过程中,鞋对人的作用力大于人对鞋的作用力
C.弹簧压缩到最低点时,鞋对人的作用力大于人的重力
D.从最高点下落到最低点的过程,人先做匀加速运动后做匀减速运动
8、东方明珠广播电视塔是上海的标志性文化景观之一,塔高约468米。游客乘坐观光电梯大约1 min就可以到达观光平台。若电梯简化成只受重力与绳索拉力,已知电梯在t=0时由静止开始上升,其加速度a与时间t的关系如图所示。下列相关说法正确的是 (　　)
A.t=6 s时,电梯处于失重状态
B.7～53 s时间内,绳索拉力最小
C.t=59 s时,电梯处于超重状态
D.t=60 s时,电梯速度恰好为0
二、多项选择题
9、为了节能,商场安装了如图所示节能电动扶梯,无人乘行时,扶梯运转得很慢;有人站上扶梯时,它会先加速,再匀速运转,一位顾客乘扶梯上楼,恰好经历了这两个过程,则下列说法中正确的是 (　　)
A.扶梯加速时,扶梯对顾客的摩擦力方向为水平向左
B.扶梯加速时,扶梯对顾客的支持力大小大于顾客的重力大小
C.扶梯对顾客作用力的方向先向右上方,再竖直向上
D.顾客一直受到三个力的作用
10、图甲是某人站在力传感器上做下蹲——起跳动作的示意图,中间的“·”表示人的重心。图乙是根据传感器画出的F-t图像。两图中a～g各点一一对应,其中有几个点在图甲中没有画出。取重力加速度g=10 m/s2。则下列说法中正确的是 (　　)
A.此人的质量约为70 kg
B.此人重心在b点时处于失重状态
C.此人重心在d点时的加速度方向向下
D.在a、b、d三点中,此人重心在d点时加速度最大
11、如图甲所示为某城市观光电梯的示意图,游客由首层搭载该电梯从静止开始上升,设向上为正方向,电梯的加速度a随时间t的变化如图乙所示,则以下判断正确的是 (　　)
甲 乙
A.经过42 s,游客又回到首层
B.在0～10 s,游客处于超重状态
C.在30～42 s,游客处于超重状态
D.电梯匀速运动历时20 s
12、如图所示,电梯的顶部挂一个弹簧测力计,弹簧测力计下端挂了一个质量为1 kg的重物,电梯匀速直线运动时,弹簧测力计的示数为10 N。在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12 N。关于电梯的运动,以下说法正确的是(g取10 m/s2) (　　)
A.电梯可能向上加速运动,加速度大小为2 m/s2
B.电梯可能向下加速运动,加速度大小为4 m/s2
C.电梯可能向上减速运动,加速度大小为4 m/s2
D.电梯可能向下减速运动,加速度大小为2 m/s2
13、2019年国际体联蹦床世界杯阿塞拜疆巴库站比赛,中国选手刘灵玲通过紧张激烈的决赛,将女子个人金牌收入囊中。假设比赛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的变化规律在计算机上绘制出如图所示的曲线,当地重力加速度g取10 m/s2,依据图像给出的信息可知,运动员的质量和运动员离开弹簧床上升的最大高度分别为 (　　)
A.60 kg B.50 kg
C.1.6 m D.3.2 m
三、非选择题
14、一个质量是60 kg的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一个弹簧测力计,弹簧测力计下面挂着一个质量为m=5 kg的物体A,当升降机向上运动时,他看到弹簧测力计的示数为40 N,g取
10 m/s2,求:
(1)此时升降机的加速度大小;
(2)此时人对地板的压力。
15、一个质量为70 kg的人乘电梯竖直向上运行,如图为电梯的速度—时间图像。(g取10 m/s2)求:
(1)电梯在0～6 s内上升的高度。
(2)在0～2 s,2～5 s,5～6 s三个阶段,人对电梯地板的压力分别为多大
16、将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱子中,如图所示,在箱子的上顶板和下底板装有压力传感器,箱子可以沿竖直轨道运动。当箱子以a=
2.0 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N=7.2 N,下底板的压力传感器显示的压力F=12.0 N。(g取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,试判断箱子的运动情况。
(3)要使上顶板的压力传感器的示数为零,箱子沿竖直方向运动的情况可能是怎样的
17、上海中心大厦是由美国Gensler建筑设计事务所设计,总高度632 m,是世界第二高建筑,游客乘坐世界最快观光电梯从观景台下行开始经历加速、匀速、减速的过程恰好到达地面只需70 s,运行的最大速度为10 m/s。东东同学将一台秤静置于观光电梯地板上,将质量为2.4 kg的物体放置于台秤上,在电梯加速阶段台秤示数为22.8 N,电梯减速运动到地面的时间为10 s,若电梯加速、减速过程可视为匀变速直线运动,匀速运动时的速度达到最大值,求:
(1)电梯在加速下降过程中,电梯中乘客处于超重还是失重状态;
(2)观景台的高度;
(3)电梯减速阶段物体对台秤的压力。
答案与解析
1、B
解析：电梯正在减速上升,加速度向下,故电梯中的乘客处于失重状态,故A错误;电梯正在加速下降,加速度向下,故电梯中的乘客处于失重状态,故B正确;举重运动员托举杠铃保持静止,运动员处于平衡状态,故C错误;列车在水平轨道上加速行驶,车上的人的加速度沿水平方向,故人不超重也不失重,故D错误。
2、B
解析：经3.0 s电梯达到最大速度6.0 m/s,则加速度a== m/s2=2.0 m/s2,对小明进行受力分析得N-mg=ma,所以N=mg+ma=50×(10+2)=600 N,由牛顿第三定律得,小明对电梯厢底板的压力大小为600 N。由于小明对电梯厢底板的压力大小为600 N,大于他的重力,所以小明处于超重状态,故选B。
3、D
解析：根据牛顿第二定律,物体具有向上的加速度时,物体处于超重状态;物体具有向下的加速度时,物体处于失重状态。物体向上运动或向下运动,加速度可能向上也可能向下,不能够判断它是处于超重还是失重状态,故A、B错误。超重并非物体所受的重力增大了,而是物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力;失重也并非物体所受的重力减小了,而是物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力,故C错误。物体做自由落体运动时,加速度等于重力加速度,方向向下,物体处于完全失重状态,故D正确。
4、C
解析：从a点,人的重力大于弹力,加速度向下则做加速运动,根据牛顿第二定律知,加速度减小,当到达b位置,重力和弹力相等,速度最大,从b到c,重力小于弹力,加速度方向向上,向下做减速运动,处于超重状态,故C正确,A错误;在ab段绳的拉力小于人的重力,加速度向下,人处于失重状态,根据牛顿第二定律得:mg-F=ma,绳的拉力F逐渐增加,可知加速度逐渐减小,故B错误;c点速度为零,加速度不为零,不是平衡状态,故D错误。
5、D
解析：此人最大的举力为1 500 N,在竖直向上运动的电梯中最多举起了2 000 N的物体,可知物体处于失重状态。物体质量m==200 kg,由牛顿第二定律得G-F=ma,解得a== m/s2=2.5 m/s2,方向向下,则电梯可能以2.5 m/s2的加速度减速上升,也可能以2.5 m/s2的加速度加速下降,故选D。
6、A
解析：将细线割断,木球加速上升,加速度方向向上,木球上浮留下的空位由水来填充,所以相当于一个与木球同样大小的水球向下加速运动,由于同样体积的木球质量小于水球的质量,所以整体存在失重现象,台秤的示数减小。故选A。
7、C
解析：人从弹簧被压缩到最大开始向上运动,开始时弹力大于重力,合力向上,处于超重状态,弹力越来越小,当弹力与重力相等时,速度最大,由于惯性人继续向上运动,弹力小于重力,合力向下,处于失重状态,故A错误,C正确;由牛顿第三定律可知,鞋对人的作用力等于人对鞋的作用力,故B错误;从最高点下落,做自由落体运动,到弹跳鞋与地面接触,接下来人压缩弹簧,开始时弹簧形变较小,所以开始一小段时间,人的重力大于弹力,由于向下压缩弹簧,所以弹力增大,人的加速度减小,做加速度减小的加速运动,当弹力等于重力时,速度达到最大,之后弹力大于重力,且弹力增大,人做加速度增大的减速运动,故D错误。故应选C。
8、D
解析：根据a-t图像可知当t=6 s时刻电梯的加速度方向向上,电梯处于超重状态,故A错误;53～55 s时间内,加速度的方向向下,电梯处于失重状态,绳索的拉力小于重力;而7～53 s时间内,a=0,电梯处于平衡状态,绳索拉力等于电梯的重力,应大于电梯失重时绳索的拉力,所以这段时间内绳索拉力不是最小,故B错误;t=59 s时,电梯减速向上运动,a<0,加速度方向向下,电梯处于失重状态,故C错误;根据a-t图像与坐标轴所围成的面积表示速度的变化量,由几何知识可知,60 s内a-t图像与坐标轴所围的面积为0,所以速度的变化量为0,而电梯的初速度为0,所以t=60 s时,电梯速度恰好为0,故D正确。
二、多项选择题
9、BC
解析：扶梯加速时,顾客加速度斜向右上方,合力斜向右上方,因而顾客受到的摩擦力水平向右,扶梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上方,扶梯对顾客的支持力大小大于顾客的重力大小;在匀速运动的过程中,顾客处于平衡状态,只受重力和支持力,顾客与电梯间的摩擦力等于零,扶梯对顾客作用力的方向竖直向上。所以扶梯对顾客作用力的方向先指向右上方,再竖直向上,顾客先受到三个力的作用,后受到两个力的作用。故A、D错误,B、C正确。
10、ABD
解析：题图中a表示人处于静止状态,此时力传感器示数约为700 N,则此人质量约为70 kg,选项A正确;b点对应的力小于人的重力,故人处于失重状态,选项B正确;d点对应人处于超重状态,加速度方向向上,选项C错误;a点对应的加速度为0,b点对应的加速度大小为 m/s2≈7.1 m/s2,d点对应加速度大小为 m/s2≈18.6 m/s2,选项D正确。
11、BD
解析：游客由首层搭载该电梯从静止开始上升,0～10 s内加速度方向向上,游客处于超重状态;10～30 s内加速度为零,游客做匀速直线运动;30～42 s内加速度方向向下,游客处于失重状态,故B、D正确,C错误;电梯在0～10 s内加速上升,在10～30 s内匀速上升,在30～39 s内减速上升,在39～42 s内加速下降,第42 s时游客不会回到首层,故A错误。
12、AD
解析：电梯匀速直线运动时,弹簧测力计的示数为10 N,知重物的重力等于10 N;在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12 N,对重物有:F-mg=ma,解得a=2 m/s2,方向竖直向上,则电梯的加速度大小为2 m/s2,方向竖直向上,电梯可能向上做加速运动,也可能向下做减速运动,故A、D正确,B、C错误。
13、BD
解析：题图中曲线描绘的是运动员与弹簧床面间弹力的变化规律,在0～3.6 s内弹力不变,可知运动员处于静止状态,所以重力为500 N,即质量为50 kg;运动员离开床面时,与弹簧床面间没有弹力作用,而且离开床面后运动员做竖直上抛运动,由题中图线可知上抛到最高点的时间为 s=0.8 s,所以上升的最大高度h=gt2=3.2 m。选项B、D正确。
三、非选择题
14、解析：(1)弹簧测力计的示数大小等于弹簧测力计对物体的拉力T,对物体由牛顿第二定律可得:
T-mg=ma
解得:a== m/s2=-2 m/s2
物体加速度等于升降机加速度,故升降机加速度大小为2 m/s2,方向竖直向下。
(2)升降机的加速度等于人的加速度,设地板对人的支持力为N,对人由牛顿第二定律可得:
N-Mg=Ma
解得:
N=Mg+Ma=60×10 N+60×(-2) N=480 N。
由牛顿第三定律可得人对地板的压力为480 N。
答案:(1)2 m/s2
(2)480 N
15、解析：(1)由图像可知,电梯在0～6 s内上升的高度:x=×2 m=9 m
(2)0～2 s内的加速度:a1= m/s2=1 m/s2,由牛顿第二定律,得:F1-mg=ma1,解得:F1=770 N,由牛顿第三定律可知压力为770 N。
2～5 s内,a2=0,F2=mg=700 N
由牛顿第三定律可知压力为700 N。
5～6 s内,
a3= m/s2=-2 m/s2
由牛顿第二定律:F3-mg=ma3
解得:F3=560 N
由牛顿第三定律可知压力为560 N
答案:(1)9 m
(2)770 N 700 N 560 N
16、解析：(1)由题意可知,金属块所受竖直向下的压力值即为上底板压力传感器示数(设为F1),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F2)。
当a=2 m/s2(竖直向下)、F1=7.2 N、F2=12 N时,对金属块有:
F1+mg-F2=ma
代入数据解得:m=0.6 kg
(2)若上底板压力传感器示数为下底板压力传感器示数的一半,因为弹簧形变量没有改变,所以下底板压力传感器示数不变,根据牛顿第二定律得:
F1′+mg-F2=ma′
代入数据解得:a′=0;
知箱子做匀速直线运动;
(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:
a″= m/s2=10 m/s2,方向向上;故要使上顶板压力传感器的示数为零,则箱子沿竖直轨道运动向上加速或向下减速,加速度大小为10 m/s2。
答案:(1)0.6 kg
(2)箱子做匀速直线运动
(3)箱子向上加速或向下减速,加速度大小为10 m/s2
17、解析：(1)电梯在加速下降过程中,加速度向下,电梯中乘客处于失重状态
(2)在加速下降过程中,加速度大小为:
a==0.5 m/s2。
加速运动的时间为:t1==20 s。
通过的位移为:x1=t1=100 m。
匀减速通过的位移为:x3=t3=50 m。
匀速运动的时间为:t2=t-t1-t3=40 s
通过的位移为:x2=vt2=10×40 m=400 m
故高度为:h=x1+x2+x3=550 m
(3)在减速阶段,加速度大小为:a′==1 m/s2。
根据牛顿第二定律可知:FN-mg=ma′。
解得:FN=26.4 N。
根据牛顿第三定律可得F′N=FN=26.4 N。
答案:(1)失重状态
(2)550 m
(3)26.4 N