4.5牛顿运动定律的应用（3）失重与超重-课时作业40-2021-2022学年高一上学期物理沪科版（2020）必修第一册（word含答案）

10A 物理 第四章 牛顿运动定律 作业40
第五节 牛顿运动定律的应用 失重与超重
班级________姓名________学号________日期________
单项选择题（只有一个选项正确）
★某同学站立不动时在体重计上称得的体重为mg；当他突然下蹲时，在由站立到蹲下的整个过程中，体重计示数变化的情况是
一直大于mg
一直小于mg
先大于mg，后小于mg，最后等于mg
先小于mg，后大于mg，最后等于mg
★下列哪个说法是正确的？（ ） Comment by ssg:
B 提示：超重状态时，物体加速度应竖直向上，失重状态时，物体加速度应竖直向下．当物体静止不动时（A、C、D选项）加速度均为零，为平衡状态．只有B选项中运动员的加速度竖直向下，处于失重状态．
体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态
游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
★金属小桶侧面有一小孔A，当桶内盛水时，水会从小孔A中流出。如果让装满水的小桶自由下落，不计空气阻力，则在小桶自由下落过程中（ ） Comment by song: B
水继续以相同的速度从小孔中喷出
水不再从小孔喷出
水将以更大的速度喷出
水将以较小的速度喷出
★★实验小组利用DIS系统，观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验，在电梯天花板上固定一个力传感器，测量挂钩向下，并在钩上悬挂一个重为10N的钩码，在电梯运动过程中，计算机显示屏上显示出如图所示图线，根据图线分析可知下列说中法错误的是 Comment by song: D
该图线显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况
从时刻t1到t2，钩码处于失重状态，从时刻t3到t4，钩码处于超重状态
电梯可能开始在15楼先加速向下，接着匀速向下再减速向下，最后停在1楼。
电梯可能开始在1楼先加速向上，接着匀速向上再减速向上，最后停在15楼。
★★一质量为m的人站在电梯中，电梯加速上升，加速大小为，g为重力加速度．人对电梯底部的压力为（ ） Comment by ssg:
D 提示：由牛顿第二定律得：F－mg=ma，故，由牛顿第三定律可知，人对电梯底部的压力为．
（A） （B）2mg （C）mg （D）
多项选择题（有二个或二个以上选项正确）
★游乐园中，游客乘坐能加速或减速运动的升降机，可以体会超重与失重的感觉。下列描述正确的是( ) Comment by song: BC
当升降机加速上升时，游客是处在失重状态
当升降机减速下降时，游客是处在超重状态
当升降机减速上升时，游客是处在失重状态
当升降机加速下降时，游客是处在超重状态
★★在平直轨道上运动的车厢中的光滑水平桌面上用弹簧拴着一个小球，弹簧处于自然长度，如图所示，当旅客看到弹簧的长度变长时对火车运动状态的判断可能的是（ ） Comment by ssg:
BC 提示：取小球作为研究对象，由于弹簧变长了，故小球受到向左的弹力，即小球受到的合力向左．因为加速度a与F合同向，故小球的加速度方向向左．加速度a方向向左，并不能说明速度方向也向左，应有两种可能：
（1）速度v向左时，v增大，做加速运动，C正确；
（2）速度v方向向右时，a与v方向相反，速度v减小，做减速运动，B正确．
火车向右方运动，速度在增加中
火车向右方运动，速度在减小中
火车向左方运动，速度在增加中
火车向左方运动，速度在减小中
★★★如图所示，在原来匀速运动的升降机的水平地板上放一物体，受到一个伸长的弹簧的拉力作用，但仍能保持与升降机相对静止．现突然发现物体被弹簧拉动，则可以判断升降机的运动状态可能是（ ）（提示：超重失重会改变正压力，从而影响摩擦力） Comment by ssg:
BC
（A）加速上升 （B）加速下降
（C）减速上升 （D）减速下降
填空题
★在质量为300g的弹簧秤下吊一质量为500g的物体。若用10N的拉力竖直向上提弹簧秤，使它们一起向上作变速运动，此时弹簧的读数是______N。 Comment by song: 6.25
★在以2m/s2的速度做匀加速上升的升降机内，分别用天平和弹簧秤称量一个质量为2kg的物体，g取10m/s2，则天平的示数为______kg，弹簧秤的示数为______N。 Comment by song: 2kg，24Ｎ
★体重500N的人站在电梯内，电梯上升时v-t图象如图所示，在下列几段时间内，人对电梯底板的压力分别为：
（1）ls～2s内，=_____________；
（2）5s～8s内，=_____________；
（3）15s～20s内，=_____________． Comment by ssg:
【答案】（1）600N （2）500N （3）450N
提示：由图象可知在0～5s内电梯向上做匀加速直线运动，处于超重状态，，由牛顿第二定律得，．在5～10s内，电梯做匀速运动，则．在l0～20s内，电梯向上做匀减速运动，，加速度大小为1m/s2，方向向下，处于失重状态，由牛顿第二定律得，．
★★人做“蹦极”运动，用原长15 m的橡皮绳拴住身体往下跃，若此人质量为50kg，从50m高处由静止下落，运动停止瞬间所用时间为4s，则橡皮绳对人的平均作用力约为________。（g取10 m/s2）（提示：假设为匀变速直线运动） Comment by song: 870~880 N
计算题（写出必要的文字，图式和运算过程）
★★一质量为m＝40 kg的小孩子站在电梯内的体重计上。电梯从t＝0时刻由静止开始上升，在0到6 s内体重计示数F的变化如图所示。试问：在这段时间内电梯上升的高度是多少？ Comment by physics: h＝9m
2006年全国理综Ⅱ24
Comment by 吴 登明: 由图可知，在t＝0到t＝t1＝2s的时间内，体重计的示数大于mg，故电梯应做向上的加速运动。设这段时间内体重计作用于小孩的力为f1，电梯及小孩的加速度为a1，由牛顿第二定律，得
f1－mg＝ma1， ①
在这段时间内电梯上升的高度
h1＝at2。 ②
在t1到t＝t2＝5s的时间内，体重计的示数等于mg，故电梯应做匀速上升运动，速度为t1时刻电梯的速度，即
v1＝a1t1， ③
在这段时间内电梯上升的高度
h2＝v2（t2－t1）。 ④
在t2到t＝t3＝6s的时间内，体重计的示数小于mg，故电梯应做向上的减速运动。设这段时间内体重计作用于小孩的力为f1，电梯及小孩的加速度为a2，由牛顿第二定律，得
mg－f2＝ma2， ⑤
在这段时间内电梯上升得高度
h3＝v1(t3－t2)－a2(t3－t2)2。 ⑥
电梯上升的总高度
h＝h1＋h2＋h3。 ⑦
由以上各式，利用牛顿第三定律和题文及题图中的数据，解得
h＝9m。 ⑧
评分参考：①式4分，②、③式各1分，④式3分，⑤式4分，⑥、⑦式各1分，⑧式4分。
★★弹簧上挂一个质量m=1kg的物体，在下列各情况下，弹簧秤的示数为多少 (g=10m/s2)
（1）以5m/s的速度匀速上升或下降
（2）以5m/s2加速度竖直加速上升
（3）以5m/s2的加速度竖直加速下降
（4）以重力加速度g竖直加速下降 Comment by ssg:
【答案】（1）10N；（2）15N；（3）5N；（4）0
解析：以物体为研究对象，在运动过程中仅受到两个力作用；竖直向下的重力mg、竖直向上的弹力FT，如图所示．
（1）匀速上升或下降时，物体的加速度为零，若以向上为正方向，则由牛顿第二定律得．
所以此时弹簧称的示数等于物体的重力，即10N．
（2）以a=g=5m/s2匀加速上升，若以向上为正方向，
则由牛顿第二定律得
．
表示弹簧称的示数比物体的重力大，为15N．（超重现象）
（3）以a=g=5m/s2匀加速下降，若取向下为正方向，
则由牛顿第二定律mg－=ma，
得=mg－ma=m(g－a)=1×(10－5)N=5N．
表示弹簧称示数比物体的重力小，即为5N．（失重现象）
（4）以重力加速度g匀加速下降，若取向下为正，
则由牛顿第二定律mg—=ma，而a=g，得
（完全失重）．
★★质报道，某航空公司的一架客机，在正常航线上作水平飞行时，由于突然受到强大垂直气流作用，使飞机在10s内下降高度1700m，造成众多乘客和机组人员的伤害事故，如果只研究飞机在竖直方向上的运动，且假设这一运动为匀变速运动，试计算 Comment by song: （1）飞机在竖直方向作匀加速运动的位移为：h=（1/2）at2，解得a=34m/s2
（2）对乘客据牛顿第二定律有：FT-mg=ma，FT=24m（N），即：FT：mg=2.4倍
(3)若不系安全带，则乘客相对于机舱以24m/s2的加速度向上运动，最有可能受伤的是人的头部。
⑴飞机在竖直方向上产生的加速度？（g取10m/s2）
⑵乘客所系安全带的拉力与乘客体重的比值为多少时，才能使乘客不脱离座椅
⑶未系安全带的乘客，相对于机舱将向什么方向运动，最可能受到伤害的是人体的什么部位。