4.6超重和失重（Word版含答案）

人教版必修第一册 4.6 超重和失重
一、单选题
1．如图所示，倾角为α=37°且表面光滑的斜面体固定在匀速下降的升降机上，质量相等的A、B两小球用一轻质细绳连接着，A的上端用一轻质弹簧拴接在斜面上端的固定装置上、当升降机运动到某一位置突然处于完全失重状态时，则此刻AB两物体的瞬时加速度为别为（　　）
A．g， g B．g， g C．g， g D．g， g
2．一枚火箭由地面竖直向上发射，其速度和时间的关系图线如图所示，则（ ）
A．t2时刻火箭距地面最远 B．t2～t3的时间内，火箭在向下降落
C．t1～t2的时间内，火箭处于超重状态 D．0～t3的时间内，火箭始终处于失重状态
3．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
4．升降机运送货物时，通过传感器获得的运动图像如图所示，设向上为正方向，由此可知（　　）
A．重物先上升后下降 B．重物运动的轨迹不是直线
C．重物先超重后失重 D．重物先失重后超重
5．科学研究发现，在月球表面：①没有空气；②重力加速度约为地球表面的；③没有磁场。若宇航员登上月球后，在空中同时释放氢气球和铅球，忽略地球和其他星球对月球的影响，以下说法正确的是（　　）
A．氢气球和铅球都处于超重状态
B．氢气球将加速上升，铅球加速下落
C．氢气球和铅球都将下落，但铅球先落到地面
D．氢气球和铅球都将下落，且同时落地
6．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
7．跳水比赛是我国的传统优势项目，在第32届东京奥运会上我国运动员全红婵正在进行跳台跳水比赛，若只研究运动员在空中下落过程，如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．运动员在下落过程中处于超重状态
B．前一半位移用的时间长，后一半位移用的时间短
C．运动员在下落过程中，感觉水面在匀速上升
D．前一半时间内位移大，后一半时间内位移小
8．电梯内天花板上挂一弹簧测力计，弹簧测力计下挂一重物，当弹簧测力计的示数增大时，以下说法正确的是（　　）
A．电梯一定向上做加速运动
B．电梯一定向下做加速运动
C．电梯一定向下做减速运动
D．电梯可能向上做加速运动，也可能向下做减速运动
9．若某学生在电梯内测体重，则当他随电梯一起减速上升时，他脚下的电子秤的示数A与他的重量B相比（　　）
A．B>A，且他处于超重状态
B．BC．BD．B>A，且他处于失重状态
10．图为一种新型弹跳鞋。当人穿着鞋从高处跳下压缩弹簧后，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上运动，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）
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，鞋对人的作用力与人对鞋的作用力是一对相互作用力
C．弹簧压缩到最低点时，鞋对人的作用力与人所受的重力是一对平衡力
D．从最高点下落至最低点的过程，人先做匀加速运动后做匀减速运动
11．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
12．如图所示，一个小球用竖直悬挂的轻绳和斜向下的轻质弹簧栓接在一起处于静止状态，下列说法正确的是（　　）
A．弹簧可能处于拉伸状态
B．剪掉轻绳的瞬间，小球处于完全失重状态
C．剪掉轻绳的瞬间，小球的加速度大于g
D．剪掉细绳以后小球将向下摆动做圆周运动
13．下列说法正确的是（　　）
A．举重运动员举着杠铃不动时处于超重状态
B．宇宙飞船内的弹簧测力计无法使用
C．竖直向上加速升空的火箭内的物体处于完全失重状态
D．火箭能升入太空能用牛顿第三定律来解释
14．如图是某同学站在压力传感器上做下蹲-起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线，纵坐标为压力，横坐标为时间。由图线可知，该同学的体重约为650N，除此以外，还可以得到以下信息（　　）
A．该同学完成1次下蹲-起立的动作大约需要2s
B．起立过程中人先处于超重状态再处于失重状态
C．1s时人处在下蹲的最低点
D．下蹲过程始终处于失重状态
15．如图所示，在倾斜的直杆上套一个质量为m的圆环，圆环通过轻绳拉着一个质量为M的物体，在圆环沿滑杆向下滑动的过程中，悬挂物体的轻绳始终处于竖直方向。则该过程中（　　）
A．悬绳对物体的拉力与物体的重力是一对平衡力
B．物体做加速运动
C．物体处于超重状态
D．环只受两个力作用
二、填空题
16．某宇宙飞船中的宇航员的质量是60kg，起飞阶段向上的加速度是30m/s2，宇航员对坐椅向下的压力为_______________N；重返大气层阶段飞船向下做减速运动，则宇航员处于_______（填“超重”或“失重”）状态。（g=10m/s2）
17．质量是60kg的人站在升降机中的体重计上，则：
（1）当升降机匀速上升时体重计的读数为____N；
（2）当升降机以3m/s2的加速度匀加速上升时体重计的读数为____N；
（3）当体重计的读数是300N时，升降机的加速度大小为____m/s2，方向为竖直____（向上，向下）
18．一乘客坐电梯从六层到一层，在电梯加速下降的过程中，乘客所受的支持力__________乘客的重力（选填“大于”或“小于”），乘客处于__________状态（选填“超重”或“失重”）．
三、解答题
19．一个质量为50kg的人在电梯里的体重秤上静止站立不动。
（1）电梯静止时体重秤的示数为多少？
（2）电梯向上做的加速运动时体重秤的示数为多少？g=10m/s2
20．如图所示，物块、木板的质量均为，不计的大小，木板长．开始时、均静止现使以水平初速度从的最左端开始运动．已知与、与水平面之间的动摩擦因数分别为和，取．若刚好没有从上滑下来，则的初速度为多大
21．弹簧秤上一个质量的物体，在下列各情况下，弹簧秤的示数为多少？（）
（1）以的速度匀速上升或下降；
（2）以的加速度竖直加速上升；
（3）以的加速度竖直加速下降；
（4）以重力加速度竖直加速下降.
22．如图所示，物体A重GA＝4N，物体B重GB＝20N，A与B、A与地面间的动摩擦因数均为u＝0．4，物体B用细绳系住，现用水平力F将右匀速拉出求：
（1）物体B受到的摩擦力？
（2）水平力F多大？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】
由于整个装置突然处于完全失重状态，此时A、B两物体与斜面体之间的弹力会突然消失，但是弹簧的弹力不能突变，则沿斜面向上方向由弹簧的弹力将使AB两物体产生沿斜面向上的加速度，大小为
除此之外两物体的重力产生竖直向下的加速度大小为
a2=g
则AB两物体的加速度大小均为
故选A。
2．C
【详解】
AB．由图线知火箭速度始终为正，则始终向上，t3时刻火箭距地面最远，故AB错误；
CD．0～t2时间内，加速度与速度同向向上，为超重状态，t2～t3时间内加速度与速度反向向下，为失重状态。故C正确，D错误。
故选C。
3．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。
4．C
【详解】
依题意，根据图像可知重物先向上做匀加速直线运动，后向上做匀减速直线运动，加速度方向先向上后向下，所以重物先超重后失重。
故选C。
5．D
【详解】
由于在月球表面没有空气，没有磁场，物体在月球表面只受重力作用，物体由静止释放，将做自由落体运动，位移h相同，运动的加速度g相同，运动的时间也一定相同，应该同时落地。自由落体运动处于完全失重状态。
故选D。
6．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。
7．B
【详解】
A．运动员在下落过程中，加速度方向向下，处于失重状态，故A错误；
B．运动员在下落过程中，速度越来越大，所以相同的位移所用的时间越来越少，故前一半位移用的时间长，后一半位移用的时间短，故B正确；
C．运动员在下落过程中，以自己为参考系，感觉水面在加速上升，故C错误；
D．运动员在下落过程中，速度越来越大，前一半时间内位移小，后一半时间内位移大，故D错误。
故选B。
8．D
【详解】
当弹簧测力计的示数增大时，物体超重，加速度向上，则电梯可能加速上升，也可能减速下降。
故选D。
9．D
【详解】
人随电梯一起减速上升时，加速度方向竖直向下，人处于失重状态，根据牛顿第二定律可知电子秤对人的支持力小于人的重力，所以电子秤的示数A小于他的重量B，故选D。
10．B
【详解】
A．人向上弹起的过程中，先超重后失重，A错误；
B．人向上弹起的过程中，鞋对人的作用力与人对鞋的作用力是一对相互作用力，B正确；
C．弹簧压缩到最低点时，鞋对人的作用力大于人所受的重力，不是一对平衡力，C错误；
D．从最高点下落至最低点的过程，先是自由落体运动，刚开始压缩弹簧时人受到的重力大于弹力向下做变加速运动，当弹力大于重力时向下做减速运动，D错误。
故选B。
11．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。
12．B
【详解】
A．轻绳竖直向上拉小球，弹簧对小球没有作用力，故A错误；
BC．剪掉轻绳的瞬间，小球只受重力作用，加速度等于g，处于完全失重状态，故B正确，C错误；
D．剪掉细绳以后小球将向下运动，压缩弹簧，弹簧对小球产生支持力，不是绕弹簧做圆周运动，故D错误。
故选B。
13．D
【详解】
A．举重运动员举着杠铃不动时没有竖直方向的加速度，处于正常状态，选项A错误；
B．宇宙飞船内的物体处于完全失重状态，但是弹簧测力计的使用与重力无关，则仍然可以正常使用，选项B错误；
C．竖直向上加速升空的火箭内的物体处于超重状态，选项C错误；
D．火箭能升人太空是由于火箭与喷出的气体相互作用使火箭向前运动，能用牛顿第三定律来解释，选项D正确；
故选D。
14．B
【详解】
ABD．该同学下蹲的动作需要经历加速向下、减速向下过程故先失重后超重，起立的动作需要经历加速向上、减速向上过程故先超重后失重。由图可知，完成1次下蹲-起立的动作大约需要4s。故B正确；AD错误；
C．1s时人的失重最大，即向下的加速度最大，此时人并没有静止，不是下蹲的最低点。故C错误。
故选B。
15．A
【详解】
ABC．假设小环和物体一起沿斜面向下做加速运动，加速度应沿斜面向下，但物体M仅受到重力和轻绳的拉力，不可能有沿斜面方向的合力，即不可能产生沿斜面方向的加速度，所以物体和圆环做的一定是匀速直线运动，对M分析，由平衡条件可知，悬绳对物体的拉力与物体的重力平衡，故A正确，BC错误；
D．对圆环分析，由平衡条件可知受到重力、细线拉力、直杆的支持力、直杆的摩擦力，故D错误。
故选A。
16． 2400 超重
【详解】
[1]设座椅对宇航员的支持力为FN，由牛顿第二定律可知
代入数据解得FN=2400N，根据牛顿第三定律可知宇航员对坐椅向下的压力为2400N；
[2]当飞船向下做减速运动时，加速度方向向上，故宇航员处于超重状态。
17． 600 780 5 向下
【详解】
（1）[1]升降机匀速上升，受力平衡，则
FN=mg=600N；
（2）[2]升降机加速上升，加速度方向向上，支持力大于重力，根据牛顿第二定律得：
FN1 mg=ma1
可得：
FN1=m(g+a1)=60(10+3)N=780N；
（3）[3]当体重计的读数是300N时，小于600N，人处于失重状态，则加速度方向向下；
[4]根据牛顿第二定律得：
mg FN2=ma2
解得：
18． 小于 失重
【详解】
[1][2]在电梯加速下降的过程中，由牛顿第二定律知
N-mg=ma
乘客所受的支持力N小于乘客的重力，乘客处于失重状态。
19．（1）500N；（2）650N.
【详解】
（1）电梯静止时，人处于平衡状态，合力为零，体重秤的示数
（2）电梯向上做的加速运动时
体重秤的示数
20．
【详解】
分别对物块、木板进行受力分析可知，在上向右做匀减速运动，设其加速度大小为，则有
木板向右做匀加速运动，设其加速度大小为，则有
由题意可知，刚好没有从上滑下来，则滑到最右端时的速度和的速度相同，设为，则有
时间关系：
位移关系：
解得
21．（1）；（2）；（3）；（4）0
【详解】
(1)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、竖直向上的弹力，如图所示
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。
(2)以
匀加速上升，若以向上为正方向，则由牛顿第二定律
得
此时弹簧称的示数比物体的重力大，为（超重现象）。
(3)以
匀加速下降，若取向下为正方向，则由牛顿第二定律
得
此时弹簧称示数比物体的重力小，即为（失重现象）。
(4)以重力加速度匀加速下降，若取向下为正，则由牛顿第二定律
而
得
此时弹簧秤示数为零（完全失重）。
22．（1）8N （2）17.6N
【详解】
(1)物体B受到的摩擦力大小为：
对A，受力平衡，
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