5.5超重与失重同步练习 （word版含答案）

鲁科版 （2019）必修一 5.5 超重与失重 同步练习
一、单选题
1．阿联酋迪拜哈利法塔，原名迪拜塔，塔高828 m，也被称为世界第一高楼．若电梯在运动过程中只受本身的重力与绳索拉力，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，则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
2．小明站在电梯（竖直上下运动的升降机）内放在电梯水平地板的体重计上，电梯静止时体重计示数为50kg；若电梯在竖直方向运动过程中，他看到体重计的示数为45kg，取g=10m/s2。下列说法中正确是（　　）
A．电梯可能在加速上升，加速度大小为1m/s2
B．电梯可能在加速下降，加速度大小为9m/s2
C．电梯可能在减速上升，加速度大小为1m/s2
D．电梯可能在加速下降或减速上升，且小明都处于超重状态
3．站在升降机里的人，在下列那一种情况下，会出现失重现象（　　）
A．升降机匀速上升 B．升降机匀速下降 C．升降机加速上升 D．升降机加速下降
4．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以一定速度向前滑行，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，则下列说法错误的是（　　）
A．运动员起跳时，双脚对滑板作用力的合力竖直向下
B．起跳时双脚对滑板作用力的合力向下偏后
C．运动员在空中最高点时处于失重状态
D．运动员在空中运动时，单位时间内速度的变化相同
5．自动扶梯是商场中的高耗能设备之一，为了节省电能、减少机械磨损、延长使用寿命。某商场的自动扶梯设有“无人停梯”模式，没有乘客时扶梯停止运行，进入待机状态。当有乘客登上扶梯时，扶梯由静止开始加速启动，达到设定速度后匀速运行。如图所示，一位顾客在一楼登上处于“无人停梯”模式的扶梯后，在扶梯上站立不动，随着扶梯到达二楼。关于此运动过程，下列说法正确的是（　　）
A．顾客始终受到重力、支持力和摩擦力的作用
B．顾客加速阶段的加速度方向沿扶梯向上
C．扶梯对顾客的作用力始终竖直向上
D．顾客对扶梯的压力大小始终等于顾客本身的重力大小
6．2021年10月16日，搭载神舟十三号载人飞船的运载火箭按照预定时间精准发射，之后神舟十三号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富三名航天员送入太空。火箭在垂直起飞段（可视为竖直向上的直线运动）上升过程中，下列说法正确的是（　　）
A．火箭在点火时速度为零，加速度一定为零
B．火箭加速度不变时，速度大小一定不变
C．火箭上升过程中速度变化越快，加速度一定越大
D．火箭在点火时处于失重状态
7．下列说法中正确的是（　　）
A．东京奥运会女子双人跳台决赛中，陈芋汐、张家齐在空中加速下落时，处于超重状态
B．陈芋汐/张家齐在空中加速下落时，不受重力作用
C．游乐场中的升降机加速上升时，升降机中的乘客处于超重状态
D．游乐场中的升降机加速上升时，升降机中的乘客处于失重状态
8．将一个小球以某一初速度竖直上抛，空气阻力与速度大小成正比，且始终小于小球的重力。从抛出到落回抛出点的全过程中，下列判断正确的是（　　）
A．上升经历的时间一定大于下降经历的时间
B．上升到最高点时，小球的速度为零，加速度也为零
C．小球的加速度方向不变，大小一直在减小
D．小球上升过程处于超重状态，下降过程处于失重状态
9．某工地上一塔吊通过一钢丝绳竖直向上提升一重物，若重物运动过程的速度—时间关系图像如图所示，则下列分析正确的是（　　）
A．0~45s内重物上升的高度为45m
B．0~10s内重物的平均速度等于40s~45s内的平均速度
C．0~40s内重物一直处于超重状态
D．10s~40s内钢丝绳最容易断裂
10．2021年5月15日，我国天问一号着陆器成功着陆火星表面，其运动过程可以简化为：脱离环绕器后分别经历气动减速、降落伞减速和动力减速三个阶段，接着在距离火星表面约100米处悬停，经过对着陆点的探测，最后匀速平稳着陆。若着陆全程可视为竖直方向的运动，则下列说法正确的是（　　）
A．随环绕器绕火星运行阶段，着陆器处于超重状态
B．减速下降阶段，着陆器处于完全失重状态
C．悬停阶段，着陆器不受力
D．匀速下降阶段，着陆器处于平衡状态
11．下列关于超重和失重的说法中，正确的是（　　）
A．跳水运动员从空中下落的过程中处于失重状态
B．跳水运动员从空中入水的过程中处于超重状态
C．蹦床运动员在空中上升的过程中处于超重状态
D．单杠运动员引体向上拉起的整个过程都处于超重状态
12．2020年11月24日凌晨4时30分，长征五号运载火箭在中国海南文昌航天发射场点火，成功将嫦娥五号探测器送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。这是我国首次执行月球土壤采样返回任务，也是迄今为止我国执行的最为复杂的航天任务。下列说法正确的是（　　）
A．火箭从地球表面加速升空过程中由于远离地球，所以探测器所受重力减小，探测器处于失重状态
B．探测器落在月球表面，施加给月球的压力与月球对探测器的支持力是一对平衡力
C．探测器从月球表面点火升空加速时，探测器对喷出气体的作用力大于喷出气体对探测器的作用力
D．同一土壤样本在月球上受到的重力小于在地球上受到的重力，但惯性相同
13．中国载人航天工程办公室消息，北京时间2021年11月8日1时16分，经过约6.5小时的出舱活动，神舟十三号航天员乘组密切协同，圆满完成出舱活动全部既定任务。下列说法正确的是（　　）
A．“2021年11月8日凌晨1时16分”是指时间间隔
B．“神舟十三号”绕地球运行一周的平均速度为零
C．分析“神舟十三号”的飞行姿态时可以视其为质点
D．航天员出舱活动时， 航天员就是在空间站表面像在地面一样步行
14．2021年10月16日0时23分，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火升空，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送入太空，并预计在轨运行6个月。12月9日下午3点40分，三位航天员进行了中国空间站首次太空授课，并展示了在完全失重的环境下出现的奇妙现象（如图所示）：水滴在表面张力作用下收缩成一个完美水球；浸在水中的乒乓球因浮力消失而不会浮出水面等等。下列说法正确的是（　　）
A．航天员在空间站中失去重力，站在体重计无法称量体重
B．航天员在太空跑步机上锻炼时对跑步机有压力作用，不需要佩戴束缚装置
C．在空间站将装满水的杯子转动至杯口朝下，水会自动流出
D．运载火箭加速上升时，航天员处于超重状态
15．蹦极是一项户外极限活动。某游客站在足够高的位置，用原长为20米的弹性绳（满足胡克定律）固定住后自由落下。弹性绳长24米时，重力与弹力大小相等，弹性绳长为30米到达最低点时向上弹起。忽略空气阻力的影响。在该游客的第一次下落过程中，以下说法正确的是（　　）
A．第一次下落过程中，游客能体验失重感的位移为20米
B．第一次下落过程中，游客能体验超重感的位移为8米
C．第一次下落24m时，游客的速度最大
D．第一次到达最低点时，游客的速度为0，加速度也为0
二、填空题
16．某人在地面上最多能举起质量为60kg的物体，而在一个竖直方向运动的电梯里，最多能举起质量为80kg的物体，那么此时电梯的加速度大小应为________m/s2，方向为__________（g=10m/s2）。
17．中国第二艘载人航天飞船“神舟六号”于2005年10月12日上午九点，在酒泉卫星发射中心成功发射，顺利升空．40岁的费俊龙和41岁的聂海胜胜利完成了围绕地球飞行5天的航天任务．火箭发射升空的过程中，他们处于________状态；载人舱返回地面的过程中，他们处在________状态．（均选填“超重”或“失重”）
18．物理学是自然科学领域的一门基础学科，研究自然界物质的基本结构、相互作用和运动规律，观察和实验是物理学习重要的方法。同学们经过一个学期，学习了高中物理必修一的全部内容，必修一由“机械运动与物理模型”和“相互作用与运动定律”两个主题组成。
（1）在必修一中有四个必做实验，请同学们写出相关的实验名称；______、______、______、______。
（2）物理运动需要建立理想化物理模型，请同学们写出一种我们学过的在竖直方向上的理想运动模型的名称___________
（3）2021年12月9日下午15点40分，“天宫课堂”第一课正式开启，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富变身“太空教师”在中国空间站精彩开讲。我们向三位航天员致敬！ 航天员在火箭发射与飞船返回的过程中均要经受的一种考验就是我们必修一中学习的一节内容，请写出这个内容。_______________
19．质量为m的小球挂在电梯的天花板上，电梯在以大小为的加速度向下加速度运动的过程中，小球处于___________状态，绳子拉力为___________。
三、解答题
20．一质量为的小孩站在电梯内的体重计上。电梯从时刻由静止开始上升，在0到6s内体重计示数的变化情况如图所示。试问：在这段时间内电梯上升的高度是多少？（取重力加速度，忽略体重计自身结构对示数的影响）
21．一光滑圆环固定在竖直平面内，环上套着两个小球A和B（中央有孔），A、B间由轻质细绳连接着，它们处于如图所示位置时恰好都能保持静止状态．此情况下，B球与环中心O处于同一水平面上，AB间的细绳呈伸直状态，与水平线成夹角．已知B球的质量为m（重力加速度为g），求：
(1)细绳对B球的拉力大小；
(2)剪断细绳瞬间圆环对A球的作用力大小．
22．一质量为m的小孩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？（重力加速度g＝10 m/s2）
23．质量是60kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示。重力加速度g取10m/s2，当升降机做下列各种运动时，求体重计的示数
(1)匀速上升；
(2)以4m/s2的加速度加速上升；
(3)以5m/s2的加速度加速下降。
24．神舟十三号在2021年10月16日0时23分成功发射，宇航员将在太空中开启为期6个月的在轨驻留。火箭在发射时向上的加速度很大，有一段时间的加速度a将达到。（）
（1）火箭加速向上时，宇航员将承受超重考验还是失重考验？
（2）平时重力的体内脏器，在该过程中需要支持力F多大？
（3）不久的将来，神舟十三号归来。假设返回舱距地面一定高度时开始启动降落伞装置，在距地面高度时，速度为，返回舱的缓冲发动机开始向下喷气，舱体再次减速。设最后减速过程中返回舱做匀减速直线运动，并且到达地面时恰好速度为0，求最后减速阶段中质量的宇航员对座椅的压力为多大？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
A．根据a t图象可知当t＝6 s时电梯的加速度方向向上，电梯处于超重状态，故A错误；
BC．53～60 s时间内，加速度的方向向下，电梯处于失重状态，绳索的拉力小于电梯的重力；而7～53 s时间内，a＝0，电梯处于平衡状态，绳索的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BC错误；
D．根据a t图象与坐标轴所围的面积表示速度的变化量，并结合几何知识可知，60 s内电梯速度的变化量为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．
故选D。
2．C
【详解】
根据题意，小明处于失重状态，电梯加速度方向一定向下，可能加速向下，也可能减速上升；根据牛顿第二定律
根据题意
解得
故选C。
3．D
【详解】
只要物体的加速度向下，则物体处于失重状态；则物体可能的运动状态只有减速上升和加速下降；故D正确。
故选D。
4．B
【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，运动员最终落在滑板的原位置。所以水平方向受力为零，则起跳时，滑板对运动员的作用力竖直向上，运动员对滑板的作用力应该是竖直向下，故A正确，不符合题意；B错误，符合题意；
C．运动员在空中最高点时具有向下的加速度g，处于失重状态，故C正确，不符合题意；
D．运动员在空中运动时，加速度恒定，所以单位时间内速度的变化量相等，故D正确，不符合题意。
故选B。
5．B
【详解】
A．电梯加速时，顾客受到重力、支持力和摩擦力的作用，匀速后顾客只受到重力和支持力二个力作用处于平衡状态，故A错误；
B．顾客加速阶段与扶梯相对静止，所以其加速度方向与扶梯加速度方向相同，加速度沿扶梯向上，故B正确；
C．电梯加速时，扶梯对顾客的作用力方向斜向上，与重力的合力方向沿扶梯向上，匀速后扶梯对顾客的作用力竖直向上，故C错误；
D．扶梯匀速时，顾客对扶梯的压力等于人的重力，扶梯加速时，顾客竖直方向处于超重状态，对扶梯压力大于顾客的重力大小，故D错误。
故选B。
6．C
【详解】
A．点火时速度为零，但是加速度不为零，故A错误；
B．加速度不变且不为零时做匀变速直线运动，速度大小一定变化，故B错误；
C．由于，加速度是描述速度变化快慢的物理量，速度变化越快，加速度越大，故C正确；
D．火箭在点火时有向上的加速度，处于超重状态，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】
AB．陈芋汐、张家齐在空中加速下落时，加速度向下，处于完全失重状态，只受重力作用，故AB错误；
CD．游乐场中的升降机加速上升时，升降机中的乘客受到的支持力大于重力，处于超重状态，故C正确，D错误。
故选C。
8．C
【详解】
A．上升的过程中阻力向下，由牛顿第二定律
下降的过程中阻力向上，同理
可知上升过程的平均加速度大于下降过程中的平均加速度，由将向上的过程看作逆过程为向下的匀加速直线运动，根据可知，上升经历的时间一定小于下降经历的时间，故A错误；
B．最高点处速度为零，小球仍然受到重力的作用，加速度为g，故B错误；
CD．无论上升还是下降，合力始终向下，加速度方向不变，始终向下，所以始终处于失重状态，上升过程，v减小因此a减小；下降过程，v增大因此a减小，即小球的加速度一直减小，故C正确， D错误。
故选C。
9．B
【详解】
A．重物上升的高度为图线与坐标轴围成的面积，即0~45s内重物上升的高度
选项A错误；
B．0~10s内重物的平均速度等于40s~45s内的平均速度均为0.5m/s，选项B正确；
C．0~10s内重物加速度向上处于超重状态，10s~40s内重物处于平衡状态，选项C错误；
D．0~10s内重物处于超重状态，钢丝绳最容易断裂，选项D错误。
故选B。
10．D
【详解】
A．随环绕器绕火星运行阶段，着陆器处于失重状态，故A错误；
B．减速下降阶段，加速度方向向上，着陆器处于超重状态，故B错误；
C．悬停阶段，着陆器受火星对其的引力和反向推力，处于平衡状态，故C错误；
D．匀速下降阶段，着陆器受力平衡，处于平衡状态，故D正确。
故选D。
11．A
【详解】
A．跳水运动员从空中下落的过程中，加速度向下，处于失重状态，选项A正确；
B．跳水运动员从空中入水的过程中，先加速向下，后减速向下，加速度先向下后向上，则先失重后超重，选项B错误；
C．蹦床运动员在空中上升的过程中，加速度向下，处于失重状态，选项C错误；
D．单杠运动员引体向上拉起的整个过程，先加速向上后减速向上，即加速度先向上后向下，先超重后失重，选项D错误。
故选A。
12．D
【详解】
A．火箭从地球表面加速升空过程中由于远离地球，加速度向上，所以探测器处于超重状态，故A错误；
B．探测器落在月球表面，施加给月球的压力与月球对探测器的支持力是一对相互作用力，故B错误；
C．探测器从月球表面点火升空加速时，探测器对喷出气体的作用力与喷出气体对探测器的作用力是一对相互作用力，大小相等，故C错误；
D．月球的重力加速度小于地球的重力加速度，惯性大小仅与质量有关，同一土壤样本在月球上受到的重力小于在地球上受到的重力，但惯性相同，故D正确。
故D。
13．B
【详解】
A．“2021年11月8日凌晨1时16分”是指时刻，故A错误；
B．“神舟十三号”绕地球运行一周的位移为零，则平均速度为零，故B正确；
C．分析“神舟十三号”的飞行姿态时，其大小和形状不能忽略，不可以视其为质点，故C错误；
D．航天员出舱活动时， 航天员处于完全失重状态，和地面步行不一样，故D错误。
故选B。
14．D
【详解】
A．航天员在空间站中处于失重状态，站在体重计无法称量体重，但航天员的重力并不是消失了，故A错误；
B．航天员由于失重的原因，在太空跑步机上锻炼时对跑步机没有压力作用，需要佩戴束缚装置，故B错误；
C．在空间站将装满水的杯子转动至杯口朝下，水由于失重不会自动流出，故C错误；
D．运载火箭加速上升时，航天员具有向上的加速度，处于超重状态，故D正确；
故选D。
15．C
【详解】
A．当游客有向下的加速度时，就处于失重状态，人先自由下落20米，加速度为向下的重力加速度，完全失重，下落20米至24米之间，弹性绳虽绷紧，但向上的弹力小于重力，游客合力向下，仍有向下的加速度，所以仍处于失重状态，即第一次下落过程中，游客能体验失重感的位移为24米，故A错误；
B．当游客有向上的加速度时，处于超重状态。人在下落24米至30米这6米的距离上，弹力大于重力，人有向上的加速度，故处于超重状态，所以第一次下落过程中，游客能体验超重感的位移为6米，故B错误；
C．第一次下落24米时，重力与弹力大小相等，加速度为零，在此刻之前加速，此刻之后合力向上而减速，所以此刻游客的速度最大，故C正确；
D．第一次到达最低点时，游客的速度为0，但加速度不为0，因为此时弹力向上达到最大值，加速度也达到最大值，故D错误。
故选C。
16． 2.5 竖直向下
【详解】
[1][2]．某人在地面上最多能举起质量为60kg的物体，而在一个竖直方向运动的电梯里，最多能举起质量为80kg的物体，说明在电梯内物体失重，加速度竖直向下；由牛顿第二定律：
mg-m0g=ma
解得：
17． 超重 超重
【详解】
[1]火箭在发射升空的过程中做加速运动，火箭及航天员具有方向向上的加速度，所以航天员处于超重状态；
[2]火箭在返回地面的过程中，做减速运动，火箭和航天员具有方向向上的加速度，所以航天员处于超重状态．
18． 探究小车速度随时间变化的规律 探究弹簧弹力与形变量的关系 探究两个互成角度的力的合成规律 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 自由落体运动 超重和失重
【详解】
（1）[1][2][3][4]必修一的四个实验分别是：探究小车速度随时间变化的规律、探究弹簧弹力与形变量的关系、探究两个互成角度的力的合成规律、探究加速度与物体受力、物体质量的关系。
（2）[5]物理运动需要建立理想化物理模型，一种我们学过的在竖直方向上的理想运动模型是自由落体运动。
（3）[6]航天员在火箭发射与飞船返回的过程中要经受考验与我们学习的超重和失重有关。
19． 失重
【详解】
[1] 由于电梯向下做加速运动，加速度方向向下，则物体一定处于失重状态；
[2] 选取向下为正方向，设绳子的拉力为，由牛顿第二定律得
解得
20．。
【详解】
由题意知小孩体重
由题图知，在0-2s内， 体重计示数为
因为
电梯匀加速上升，此时有
2s末速度为
上升的高度为
在2-5s内
电梯匀速上升， 此时有
在5-6s内
电梯匀减速上升，此时有
又
说明电梯在6s末停止， 上升的高度为
所以电梯上升的高度为
21．(1)2mg；(2)
【详解】
(1)对B球，受力分析有
Tsin30°=mBg
解得：
(2)对A球，受力分析可知，
水平方向：
Tcos=NAsin
在竖直方向：
NAcos=mAg+Tsin
联立解得：
剪断细绳瞬间，对A球：
解得：
22．18 m
【详解】
在0~2 s内，电梯做匀加速运动，加速度为：
a1＝＝2 m/s2
上升高度为：
h1＝a1＝×2×4 m＝4 m
2 s末速度为：
v＝a1t1＝4 m/s
在中间3 s内，电梯加速度为0，做匀速运动，上升高度为：
h2＝vt2＝4×3 m＝12 m
最后1 s内做匀减速运动，加速度为：
a2＝＝－4 m/s2
在第6 s末恰好停止。上升高度为：
h3＝vt3＝×4×1 m＝2 m
故在这段时间内上升高度为：
h＝h1＋h2＋h3＝4 m＋12 m＋2 m＝18 m
23．(1)600N(2)840N(3)300N
【详解】
(1)匀速上升时，由平衡条件得：
FN1＝mg＝600N
由牛顿第三定律得：人对体重计压力为600N，即体重计示数为600N；
(2)加速上升时，由牛顿第二定律得：
FN2－mg＝ma1
解得
FN2＝mg＋ma1＝840N
由牛顿第三定律得：人对体重计压力为840N，即体重计示数为840N；
(3)加速下降时，由牛顿第二定律得：
mg－FN3＝ma3
解得
FN3＝mg－ma3＝300N
由牛顿第三定律得：人对体重计压力为300N，即体重计示数为300N。
24．（1）超重；（2）45N；（3）3000N
【详解】
（1）火箭加速向上时，宇航员将承受超重考验。
（2）对体内脏器，由牛顿第二定律得
解得在该过程中内脏器需要支持力
（3）返回舱在减速阶段，由运动学知识可得
故返回舱的加速度大小为
对宇航员，由牛顿第二定律得
解得宇航员在该过程受的支持力为
由牛顿第三定律得，宇航员对座椅的压力
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