教科版（2019）必修 第一册 第四章 牛顿运动定律 第7节 超重与失重课时练习题（含答案）

第6节　超重与失重
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．超重：当物体具有________的加速度时，物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)________物体所受________的现象称为超重现象．
由此可知：产生超重现象的条件是物体具有________的加速度，它与物体运动速度的大小和方向__________．超重包括________________和____________两种情况．
2．失重：当物体具有________的加速度时，物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)________物体所受________的现象，称为失重现象．
由此可知：产生失重现象的条件是物体具有________的加速度，它与物体运动速度的大小和方向________．失重现象包括________________和__________________两种情况．
3．完全失重：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于______的现象称为完全失重．
产生完全失重现象的条件：当物体竖直向下的加速度等于______________时，就产生完全失重现象．
4．以下关于超重与失重的说法正确的是(　　)
A．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
B．在超重现象中，物体的重力是增大的
C．处于完全失重状态的物体，其重力一定为零
D．如果物体处于失重状态，它必然有向下的加速度
5．质量为m的人站在升降机中，如果升降机做加速度大小为a的匀变速直线运动，升降机地板对人的支持力N＝m(g＋a)，则升降机的运动情况可能是(　　)
A．以加速度a向下加速运动
B．以加速度a向上加速运动
C．以加速度a在上升过程中制动
D．以加速度a在下降过程中制动
6．下列说法中正确的是(　　)
A．失重就是物体的重力减小了
B．运动的物体惯性小，静止的物体惯性大
C．不论超重、失重或完全失重，物体所受重力是不变的
D．做实验时，给打点计时器提供交流电源或直流电源，它都能正常工作
【概念规律练】
知识点二　超重和失重现象
1．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(　　)
A．当升降机加速上升时，游客是处在失重状态
B．当升降机减速下降时，游客是处在超重状态
C．当升降机减速上升时，游客是处在失重状态
D．当升降机加速下降时，游客是处在超重状态
2. 某人在地面上用弹簧测力计称得其体重为490 N．他将弹簧测力计移至电梯内称其体重，t0至t3时间段内弹簧测力计的示数如图1所示，电梯运行的v－t图可能是下图中的(取电梯向上运动的方向为正)(　　)
图1
知识点二　超重和失重现象中的有关计算
3．在升降机中，一个人站在磅秤上，发现自己的体重减轻了20%，于是他作出下列判断，其中正确的是(　　)
①升降机以0.8 g的加速度加速上升
②升降机以0.2 g的加速度加速下降
③升降机以0.2 g的加速度减速上升
④升降机以0.8 g的加速度减速下降
A．只有①和②正确 B．只有②和③正确
C．只有③和④正确 D．均不正确
4．质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？(g取10 m/s2)
(1)升降机匀速上升；
(2)升降机以3 m/s2的加速度加速上升；
(3)升降机以4 m/s2的加速度加速下降．
知识点三　竖直上抛运动中的失重现象
5．如图2所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)．下列说法正确的是(　　)
图2
A．在上升和下降过程中A对B的压力一定为零
B．上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
C．下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
D．在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力
【方法技巧练】
一、牛顿第三定律在超重、失重问题的应用
6. 物体B放在真空容器A内，且B略小于A.现将它们以初速度v竖直向上抛出，如图3所示．试分析：
图3
(1)若不计空气阻力，系统在上升、下落过程中，B对A的压力如何？
(2)若考虑空气阻力，系统在上升、下落过程中，B对A的压力又会怎样？
二、超重、失重问题中加速度的分析方法
7．几位同学为了探究电梯启动和制动时的加速度大小，他们将体重计放在电梯中．一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从1层直接到10层，之后又从10层直接回到1层．并用照相机进行了相关记录，如图所示．他们根据记录，进行了以下推断分析，其中正确的是(　　)
A．根据图2和图3可估测出电梯向上启动时的加速度
B．根据图1和图2可估测出电梯向上制动时的加速度
C．根据图1和图5可估测出电梯向下制动时的加速度
D．根据图4和图5可估测出电梯向下启动时的加速度
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．在完全失重的状态下，下列物理仪器还能使用的是(　　)
A．天平 B．水银气压计
C．电流表 D．弹簧测力计
2．某电梯中用细绳静止悬挂一重物，当电梯在竖直方向运动时，突然发现绳子断了，由此判断此时电梯的情况是(　　)
A．电梯一定是加速上升
B．电梯可能是减速上升
C．电梯可能匀速向上运动
D．电梯的加速度方向一定向上
3．质量为m的物体放置在升降机内的台秤上，升降机以加速度a在竖直方向上做匀变速直线运动，若物体处于失重状态，则(　　)
A．升降机加速度方向竖直向下
B．台秤示数减少ma
C．升降机一定向上运动
D．升降机一定做加速运动
4．一个人站在体重计的测盘上，在人下蹲的过程中，指针示数变化应是(　　)
A．先减小，后还原 B．先增大，后还原
C．始终不变 D．先减小，后增大，再还原
5．某同学找了一个用过的易拉罐做实验，在靠近罐底的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水，再把它悬挂在电梯的天花板上．当电梯不动时，他移开手指，水就从洞喷射出来；当电梯加速上升时，则下列现象中实际出现的是(　　)
A．水继续以相同速率喷出
B．水将不再从孔中喷出
C．水以更大的速率喷出
D．水以较小的速率喷出
6．跳水运动员从10 m跳台腾空跃起，先向上运动一段距离达到最高点后，再自由下落进入水池，不计空气阻力，关于运动员在空中上升过程和下落过程以下说法正确的有(　　)
A．上升过程处于超重状态，下落过程处于失重状态
B．上升过程处于失重状态，下落过程处于超重状态
C．上升过程和下落过程均处于超重状态
D．上升过程和下落过程均处于完全失重状态
7．某实验小组，利用DIS系统观察超重和失重现象，他们在电梯内做实验，在电梯的地板上放置一个压力传感器，在传感器上放一个重为20 N的物块，如图4甲所示，实验中计算机显示出传感器所受物块的压力大小随时间变化的关系，如图乙所示．以下根据图像分析得出的结论中正确的是(　　)
图4
A．从时刻t1到t2，物块处于失重状态
B．从时刻t3到t4，物块处于失重状态
C．电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速上升，再减速向上，最后停在高楼层
D．电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层
8. 姚明成为了NBA一流中锋，给中国人争得了荣誉和尊敬，让更多的中国人热爱上篮球这项运动．姚明某次跳起过程可分为下蹲、蹬地、离地上升、下落四个过程，如图5所示，下列关于蹬地和离地上升两过程的说法中正确的是(设蹬地的力为恒力)(　　)
图5
A．两过程中姚明都处在超重状态
B．两过程中姚明都处在失重状态
C．前过程为超重，后过程不超重也不失重
D．前过程为超重，后过程为完全失重
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案
9.某人在以2.5 m/s2的加速度加速下降的升降机中，最多能举起80 kg的物体．他在地面上最多能举起_________ kg的物体．若此人在一加速上升的升降机中最多能举起40 kg的物体，则此升降机上升的加速度为________ m/s2.
10．如图6所示是电梯上升的速度—时间图像，若电梯质量为100 kg，则承受电梯重力的钢绳所受的拉力在0～2 s内为______ N，在2～6 s内为______ N,6～10 s内为____ N．(取g＝10 m/s2)
图6
11. 质量是60 kg的人站在升降机的体重计上，如图7所示．当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？(g取10 m/s2)
图7
(1)升降机匀速上升．
(2)升降机以4 m/s2的加速度加速上升．
(3)升降机以5 m/s2的加速度加速下降．
(4)升降机以重力加速度g加速下降．
(5)升降机以加速度a＝12 m/s2加速下降．
12．某大型游乐场内，有一种能使人体验超重、失重感觉的大型娱乐设施，该设施用电梯将乘坐有十多人的座舱悬停在几十米的高空处，然后让座舱从高空自由落下(此时座舱受到的阻力极小，可忽略)，当落至一定位置时，良好的制动系统开始工作，使座舱落至地面时刚好停止．
假设座舱开始下落时的高度为80 m，当下落至距地面30 m时，开始对座舱进行制动，并认为座舱的制动过程是匀减速运动．
(1)当座舱从开始下落了20 m时，质量是60 kg的人对座舱的压力为多大？试说明理由．
(2)当座舱下落到距离地面10 m位置时，人对座舱的压力与人所受到的重力之比是多少？
第6节　超重与失重 答案
课前预习练
1．向上　大于　重力　向上　无关　加速上升　减速下降
2．向下　小于　重力　向下　无关　加速下降　减速上升
3．零　重力加速度
4．D　[失重是指弹力小于重力、合力竖直向下的情形，即加速度方向向下，故D对；A项运动员处于静止状态合力为零，既不失重，也不超重．]
5．BD　6.C
课堂探究练
1．BC
2．AD　[在t0～t1时间段内，人失重，应向上减速或向下加速，B、C错；t1～t2时间段内，人匀速或静止，t2～t3时间段内，人超重，应向上加速或向下减速，A、D都有可能对．]
3．B　[人处于失重状态，其加速度方向竖直向下，可能是加速下降，也可能是减速上升，人从秤上读出自己的体重即为视重N，
由牛顿第二定律有mg－N＝ma，
故N＝m(g－a)＝(1－20%)mg.
解得a＝0.2g.
即升降机以0.2g的加速度加速下降或减速上升．]
4．(1)600 N　(2)780 N　(3)360 N
解析　人站在升降机中的体重计上，受力情况如右图所示．
(1)当升降机匀速上升时，由牛顿第二定律得：
F合＝N－G＝0
所以人受到的支持力
N＝G＝mg＝600 N.
根据牛顿第三定律，人对体重计的压力的大小就等于体重计的示数，即600 N.
(2)当升降机以3 m/s2的加速度加速上升时，
由牛顿第二定律得N－G＝ma，
N＝G＋ma＝m(g＋a)＝780 N，
由牛顿第三定律得，此时体重计的示数为780 N，大于人的重力，人处于超重状态．
(3)当升降机以4 m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得：G－N＝ma，
N＝G－ma＝m(g－a)＝360 N，
由牛顿第三定律得，此时体重计的示数为360 N，小于人的重力600 N，处于失重状态．
5．A
点评　当物体处于自由落体或竖直上抛运动状态时由于物体的加速度均为重力加速度，故物体处于完全失重状态．此时物体对水平支持物的压力或对竖直悬挂的拉力等于零．
6．见解析
解析　在运动过程中，A与B具有相同的加速度，用整体法分析可知：
(1)当不计空气阻力时，不管运动方向如何，物体只受重力，其加速度a1＝g，方向竖直向下．故B球处于完全失重状态，B对A无压力．
(2)若考虑空气阻力f，上升时整体加速度为
a1＝>g
甲　　　乙
对B球的受力分析如图甲所示，则对B球有：
N＝mBg－mBa2<0，即A对B的压力方向向下，由牛顿第三定律知，B对A的压力方向向上；
若考虑空气阻力，则整体在下降时的加速度为
a3＝同理对B球进行受力分析如图乙所示，N′＝mBg－mBa3>0，即A对B球的压力方向向上，由牛顿第三定律知，B对A的压力方向向下．
7．C　[图1是停止在1层时的状态，体重计的示数等于人的质量，观察体重计的示数可知图2、5超重，加速度方向向上；图3、4失重，加速度方向向下．所以图2、4是加速启动的状态，结合图1可以分别估测出加速向上启动(图1、2)和加速向下启动(图1、4)时的加速度．图3、5是减速制动的状态，结合图1可以分别估测出向上制动(图1、3)向下制动(图1、5)时的加速度，所以C正确．]
课后巩固练
1．CD
2．D　[绳子拉力变大，加速度方向一定向上，但速度方向可能向上，也可能向下．]
3．AB　[当物体的加速度向下时，物体处于失重状态，反之当物体在竖直方向上运动且处于失重状态时，加速度方向一定竖直向下，故A正确；对物体进行受力分析，设物体受到台秤的支持力为N，则mg－N＝ma，即N＝mg－ma，即台秤示数比静止时减小ma，故B对；加速度方向与速度方向无必然联系，故C、D均错．]
4．D　[人蹲下的过程经历了加速向下、减速向下和静止这三个过程．在加速向下运动时，人获向下的加速度a，由牛顿第二定律得mg－N＝ma，N＝m(g－a)mg，弹力N将大于mg.当人静止时，N＝mg.]
5．C
6．D　[跳水运动员在空中时无论上升还是下降，加速度方向均向下，由于不计空气阻力，故均为完全失重，故选D.]
7．BC　[由图可知在0～t1、t2～t3及t4之后，传感器所受压力大小等于物块的重力大小；t1～t2时间段内，传感器所受压力大小大于物块重力，处于超重状态，加速度向上；t3～t4时间段内，压力小于物块重力，处于失重状态，加速度向下．综上所述选项B、C正确．]
8．D　[用力蹬地获得一个向上的大于重力的支持力，故蹬地过程是一个向上加速的过程，是超重现象；空中上升过程只受重力作用，有向下的加速度g，是完全失重现象，所以D项正确．]
9．60　5
10．1 300　1 000　850
11．(1)600 N　(2)840 N　(3)300 N　(4)0　(5)0
12．(1)0，完全失重　(2)8/3
解析　设座舱距地面30 m时速度为v，h1＝50 m，h2＝30 m.
(1)开始自由下落过程人和座舱只受重力，此时a＝g
由牛顿第二定律得mg－N1＝ma，则N1＝0，人处于完全失重的状态．
(2)开始自由下落的阶段，由运动学公式得v2＝2gh1①
制动减速阶段，由运动学公式得v2＝2ah2②
由牛顿第二定律得N2－mg＝ma③
由①②得a＝g④
由③④得N2＝mg
由牛顿第三定律知，人对座椅的压力N2′＝N2，
则＝