第四章 第6节 超重和失重(课件 学案 练习)高中物理人教版(2019)必修 第一册

文档属性

名称 第四章 第6节 超重和失重(课件 学案 练习)高中物理人教版(2019)必修 第一册
格式 zip
文件大小 3.7MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2025-07-05 21:11:40

文档简介

第6节 超重和失重(强基课—逐点理清物理观念)
课标要求 层级达标
通过实验,认识超重和失重现象。 学考层级 1.知道测量重力的两种方法。2.知道超重、失重和完全失重现象及其产生的条件。
选考层级 会应用牛顿第二定律分析超重和失重现象发生的动力学原因,理解超重和失重现象的本质,会解释生活中的超重和失重现象。
逐点清(一) 重力的测量 超重和失重
[多维度理解]
1.重力的测量
方法1:先测量物体做自由落体运动的   ,再用天平测量物体的   ,利用      可得G=mg。
方法2:将待测物体悬挂或放置在测力计上,使它处于   状态,这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等,即G=F。
2.超重和失重
超重 定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)    物体所受重力的现象
产生条件:物体具有    的加速度
失重 定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)    物体所受重力的现象
产生条件:物体具有    的加速度
完全失重 定义:物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力
产生条件:物体加速下降的过程中加速度a=g
3.平衡、超重、失重和完全失重的比较
  特征状态   加速度 运动情况 受力图 F与重力大小关系
平衡 a=0 静止或匀速直线运动 F=mg
超重 方向向上 向上加速,向下减速 F=m(g+a)>mg
失重 方向向下 向下加速,向上减速 F=m(g-a)<mg(a<g)
完全失重 a=g 自由落体运动、抛体运动、沿圆轨道运行的卫星 F=0
4.判断超重、失重的三个角度
从受力的角度判断 当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态,小于重力时处于失重状态,等于0时处于完全失重状态
从加速度的角度判断 当物体具有向上的加速度时处于超重状态,具有向下的加速度时处于失重状态,向下的加速度为g时处于完全失重状态
从速度变化的角度判断 (1)物体向上加速或向下减速时,超重(2)物体向下加速或向上减速时,失重超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关
[全方位练明]
1.如图所示为运动员在跳远比赛中的照片。请对以下结论作出判断:
(1)运动员起跳时地面对运动员的支持力大于运动员的重力。(  )
(2)运动员腾空过程中处于平衡状态。(  )
(3)运动员落地时处于超重状态。(  )
(4)运动员与地面接触时地面对运动员的支持力始终等于运动员的重力。(  )
2.取一个旧饮料瓶,在其底部开一个小孔,用手指按住小孔并装满水,放开按住的手指后,立即释放瓶子让其自由下落,不计空气阻力。关于瓶子在空中运动的过程,下列说法正确的是(  )
A.水处于完全失重状态,不会喷出来
B.瓶子下落的加速度和速度都变大
C.水对瓶底的压力变大
D.水仍会从小孔喷出来,但喷射的速度比释放前的小些
3.(2024·长沙高一检测)打开手机加速度传感器软件,手握手机迅速下蹲,手机记录的图像如图所示,a、b分别为图像的峰值,则(  )
A.峰值a对应时刻,人向下运动的速度最大
B.峰值b对应时刻,人向下运动的速度最大
C.峰值a对应时刻,人对地面的压力小于自身重力
D.峰值b对应时刻,人对地面的压力小于自身重力逐点清(二) 关于超重、失重的计算
[多维度理解]
处理超重与失重问题的基本思路
超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续,解题时仍应抓住联系力和运动的桥梁——加速度。
(1)确定研究对象。
(2)把研究对象从物体系中隔离出来,对其进行受力分析,并画出受力示意图。
(3)选取正方向,分析物体的运动情况,明确加速度的方向。
(4)根据牛顿运动定律和运动学公式列方程。
(5)解方程,求出所需要的结果。
[典例] (2024·北京西城阶段练习)物理课学习超重与失重现象后,某同学回家乘坐电梯时用心体会了一下,发现从电梯上升到停止的过程中,他经历了先加速再匀速最后减速的运动过程。每次都是在17层到18层(他住18层)的过程中,有明显减速的感觉。有一天,该同学用手机测出电梯减速时的加速度大小为0.5 m/s2,已知该同学的质量为60 kg,g=10 m/s2。求:
(1)电梯从17层到18层减速过程中,该同学处于超重状态还是失重状态;
(2)减速过程中,该同学对电梯底面的压力大小;
(3)电梯以多大的加速度减速时,电梯底面对他的支持力为零。
尝试解答:
[全方位练明]
1.(多选)在升降电梯内的地面上放一体重计,电梯静止时,小华同学站在体重计上,体重计示数为50 kg(重力加速度为g)。电梯运动过程中,某一段时间内小华同学发现体重计示数如图所示,在这段时间内(  )
A.小华同学所受的重力变小了
B.小华对体重计的压力小于小华的重力
C.电梯一定在竖直向下运动
D.电梯的加速度大小为,方向一定竖直向下
2.小红乘电梯从顶楼下降至一楼,此过程中的v t图像如图所示,关于小红的运动状态,下列说法正确的是(  )
A.0~3 s内的加速度大小为3 m/s2
B.8~11 s内的加速度大小为1 m/s2
C.在0~3 s内处于超重状态
D.在8~11 s内处于失重状态
3.(2024·昆山高一模拟)2023年10月2日,杭州亚运会蹦床项目结束女子个人比赛的争夺,中国选手夺得冠亚军。假设在比赛的时候某一个时间段内蹦床所受的压力如图所示,忽略空气阻力,g取10 m/s2,则以下说法正确的是(  )
A.1.0 s到1.2 s之间运动员处于失重状态
B.1.0 s到1.2 s之间运动员处于超重状态
C.在图示的运动过程中,运动员离开蹦床后上升的最大高度为9.8 m
D.在图示的运动过程中,运动员离开蹦床后上升的最大高度为3.2 m
第6节 超重和失重
逐点清(一) 
[多维度理解]
1.加速度g 质量 牛顿第二定律 静止
2.大于 向上 小于 向下
[全方位练明]
1.(1)√ (2)× (3)√ (4)×
2.选A 瓶子和水在空中做自由落体运动,具有同样的加速度g,都处于完全失重状态,此时瓶子和水之间没有作用力,故水不会喷出来。故选A。
3.选D 峰值a对应时刻,有向上的最大加速度,人在向下做减速运动,处在超重状态,人对地面的压力大于自身重力,速度不是最大,故A、C错误;峰值b对应时刻,有向下的最大加速度,人处在失重状态,人对地面的压力小于自身重力,此后一段时间人仍在向下加速,所以此时向下的速度不是最大,故B错误,D正确。
逐点清(二) 
[典例] 解析:(1)电梯从17层到18层减速过程中,加速度向下,所以该同学处于失重状态。
(2)减速过程中,对该同学,根据牛顿第二定律有
mg-FN=ma
代入数据解得FN=m(g-a)=60×(10-0.5)N=570 N,根据牛顿第三定律得该同学对电梯底面的压力大小为FN′=FN=570 N。
(3)电梯底面对人的支持力为零时,根据牛顿第二定律有mg=ma′,解得a′=10 m/s2。
答案:(1)失重状态 (2)570 N (3)10 m/s2
[全方位练明]
1.选BD 体重计示数小于小华的体重,是由于小华对体重计的压力变小了,所以小华在这段时间内处于失重状态,小华的重力没有改变,故A错误,B正确;小华处于失重状态,加速度向下,可能向上减速运动,也可能向下加速运动,故C错误;以竖直向下为正方向,有mg-F=ma,解得a==,方向竖直向下,故D正确。
2.选B v t图像的斜率表示加速度,由题图可得,0~3 s内加速度a== m/s2=1 m/s2,8~11 s内加速度a′== m/s2=-1 m/s2,负号表示方向向上,A错误,B正确;小红乘电梯下楼,速度方向向下,v t图像是以向下为正方向,0~3 s内加速度为正值,说明有向下的加速度,处于失重状态,8~11 s 加速度为负值,说明有向上的加速度,处于超重状态,C、D错误。
3.选D 蹦床所受的压力大小与蹦床对运动员的支持力大小相等,可知1.0 s到1.2 s之间蹦床对运动员的支持力逐渐增大,过程为运动员开始接触蹦床至到达最低点,根据牛顿第二定律,该段过程运动员先向下加速后减速,加速度先向下后向上,先失重后超重,故A、B错误;根据题图可知,运动员从离开蹦床到再次接触蹦床的时间为t=1.6 s,该段时间运动员做竖直上抛运动,故离开蹦床后上升的最大高度为h=g·2=3.2 m,故C错误,D正确。
1 / 5(共64张PPT)
超重和失重
(强基课—逐点理清物理观念)
第 6 节
课标要求 层级达标
通过实验,认识超重和失重现象。 学考层级 1.知道测量重力的两种方法。
2.知道超重、失重和完全失重现象及其产生的条件。
选考层级 会应用牛顿第二定律分析超重和失重现象发生的动力学原因,理解超重和失重现象的本质,会解释生活中的超重和失重现象。
1
逐点清(一) 重力的测量 超重和失重
2
逐点清(二) 关于超重、失重的计算
3
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
逐点清(一) 
重力的测量 超重和失重
1.重力的测量
方法1:先测量物体做自由落体运动的_________,再用天平测量物体的______,利用______________可得G=mg。
方法2:将待测物体悬挂或放置在测力计上,使它处于_____状态,这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等,即G=F。
多维度理解
加速度g
质量
牛顿第二定律
静止
2.超重和失重
超重 定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_____ 物体所受重力的现象
产生条件:物体具有_____的加速度
失重 定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)_____ 物体所受重力的现象
产生条件:物体具有_____的加速度
完全失重 定义:物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力
产生条件:物体加速下降的过程中加速度a=g
大于
向上
小于
向下
3.平衡、超重、失重和完全失重的比较
  特征 状态   加速度 运动情况 受力图 F与重力大小关系
平衡 a=0 静止或匀速直线运动 F=mg
超重 方向向上 向上加速,向下减速 F=m(g+a)>mg
失重 方向向下 向下加速,向上减速 F=m(g-a)<mg(a<g)
续表
完全失重 a=g 自由落体运动、抛体运动、沿圆轨道运行的卫星 F=0
续表
4.判断超重、失重的三个角度
从受力的 角度判断 当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态,小于重力时处于失重状态,等于0时处于完全失重状态
从加速度的角度判断 当物体具有向上的加速度时处于超重状态,具有向下的加速度时处于失重状态,向下的加速度为g时处于完全失重状态
从速度变化 的角度判断 (1)物体向上加速或向下减速时,超重
(2)物体向下加速或向上减速时,失重
超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关
续表
1.如图所示为运动员在跳远比赛中的照片。请对以下结论作出判断:
全方位练明
(1)运动员起跳时地面对运动员的支持力大于运动员的重力。( )
(2)运动员腾空过程中处于平衡状态。 ( )
(3)运动员落地时处于超重状态。 ( )
(4)运动员与地面接触时地面对运动员的支持力始终等于运动员的重力。 ( )

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2.取一个旧饮料瓶,在其底部开一个小孔,用手指按住小孔并装满水,放开按住的手指后,立即释放瓶子让其自由下落,不计空气阻力。关于瓶子在空中运动的过程,下列说法正确的是(  )
A.水处于完全失重状态,不会喷出来
B.瓶子下落的加速度和速度都变大
C.水对瓶底的压力变大
D.水仍会从小孔喷出来,但喷射的速度比释放前的小些

解析:瓶子和水在空中做自由落体运动,具有同样的加速度g,都处于完全失重状态,此时瓶子和水之间没有作用力,故水不会喷出来。故选A。
3.(2024·长沙高一检测)打开手机加速度传感器软
件,手握手机迅速下蹲,手机记录的图像如图所示,
a、b分别为图像的峰值,则(  )
A.峰值a对应时刻,人向下运动的速度最大
B.峰值b对应时刻,人向下运动的速度最大
C.峰值a对应时刻,人对地面的压力小于自身重力
D.峰值b对应时刻,人对地面的压力小于自身重力

解析:峰值a对应时刻,有向上的最大加速度,人在向下做减速运动,处在超重状态,人对地面的压力大于自身重力,速度不是最大,故A、C错误;峰值b对应时刻,有向下的最大加速度,人处在失重状态,人对地面的压力小于自身重力,此后一段时间人仍在向下加速,所以此时向下的速度不是最大,故B错误,D正确。
逐点清(二) 关于超重、失重的计算
处理超重与失重问题的基本思路
超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续,解题时仍应抓住联系力和运动的桥梁——加速度。
(1)确定研究对象。
(2)把研究对象从物体系中隔离出来,对其进行受力分析,并画出受力示意图。
多维度理解
(3)选取正方向,分析物体的运动情况,明确加速度的方向。
(4)根据牛顿运动定律和运动学公式列方程。
(5)解方程,求出所需要的结果。
[典例] (2024·北京西城阶段练习)物理课学习超重与失重现象后,某同学回家乘坐电梯时用心体会了一下,发现从电梯上升到停止的过程中,他经历了先加速再匀速最后减速的运动过程。每次都是在17层到18层(他住18层)的过程中,有明显减速的感觉。有一天,该同学用手机测出电梯减速时的加速度大小为0.5 m/s2,已知该同学的质量为60 kg,g=10 m/s2。求:
(1)电梯从17层到18层减速过程中,该同学处于超重状态还是失重状态;
[答案] 失重状态
[解析] 电梯从17层到18层减速过程中,加速度向下,所以该同学处于失重状态。
(2)减速过程中,该同学对电梯底面的压力大小;
[答案] 570 N 
[解析] 减速过程中,对该同学,根据牛顿第二定律有
mg-FN=ma
代入数据解得
FN=m(g-a)=60×(10-0.5)N=570 N,
根据牛顿第三定律得该同学对电梯底面的压力大小为FN′=FN=570 N。
(3)电梯以多大的加速度减速时,电梯底面对他的支持力为零。
[答案] 10 m/s2
[解析] 电梯底面对人的支持力为零时,
根据牛顿第二定律有mg=ma′,
解得a′=10 m/s2。
1.(多选)在升降电梯内的地面上放一体重计,电梯静止时,小华同学站在体重计上,体重计示数为50 kg(重力加速度为g)。电梯运动过程中,某一段时间内小华同学发现体重计示数如图所示,在这段时间内(  )
全方位练明


2.小红乘电梯从顶楼下降至一楼,此过程中的v-t图像如图所示,关于小红的运动状态,下列说法正确的是(  )
A.0~3 s内的加速度大小为3 m/s2
B.8~11 s内的加速度大小为1 m/s2
C.在0~3 s内处于超重状态
D.在8~11 s内处于失重状态

3.(2024·昆山高一模拟)2023年10月2日,杭州亚运会蹦床项目结束女子个人比赛的争夺,中国选手夺得冠亚军。假设在比赛的时候某一个时间段内蹦床所受的压力如图所示,忽略空气阻力,g取10 m/s2,则以下说法正确的是(  )
A.1.0 s到1.2 s之间运动员处于失重状态
B.1.0 s到1.2 s之间运动员处于超重状态
C.在图示的运动过程中,运动员离开蹦床后上升的最大高度为9.8 m
D.在图示的运动过程中,运动员离开蹦床后上升的最大高度为3.2 m

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(选择题1~8小题,每小题4分;9~10小题,每小题6分。本检测卷满分60分)
A级——学考达标
1.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,它必然有竖直向下的加速度

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解析:运动员处于静止状态,合力为零,既不失重,也不超重,故A错误;不管是超重还是失重,物体的重力是不变的,故B、C错误;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正确。
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2.神舟十七号乘组航天员在空间站中处于失重状态,如果要在空间站中进行实验,下列实验操作不能正常进行的是(  )
A.用水银做托里拆利实验
B.用体温计测体温
C.探究杠杆的平衡条件实验
D.用弹簧测力计测量拉力
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解析:航天员在空间站中处于失重状态,必须依靠重力才能进行的实验都不能正常进行。用水银做托里拆利实验无法进行,因为水银不受重力约束,无法测定气压,A符合题意;用体温计测体温与重力无关,可以正常进行,B不符合题意;探究杠杆的平衡条件实验,可以不依靠重力进行探究,可以正常进行,C不符合题意;用弹簧测力计测量拉力时,可以不依靠重力进行测量,可以正常进行,D不符合题意。
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3.(多选)几位同学为了探究电梯启动和制动时的运动状态变化情况,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。用照相机进行了相关记录,如图所示。图1为电梯静止时体重计的照片,图2、图3、图4和图5分别为电梯运动过程中体重计的照片。根据照片推断正确的是(  )
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A.根据图2推断电梯一定处于加速上升过程,电梯内同学可能处于超重状态
B.根据图3推断电梯一定处于减速下降过程,电梯内同学可能处于失重状态
C.根据图4推断电梯可能处于减速上升过程,电梯内同学一定处于失重状态
D.根据图5推断电梯可能处于减速下降过程,电梯内同学一定处于超重状态
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解析:图2和图5中体重计示数大于图1中体重示数,说明电梯内同学处于超重状态,可能是加速上升或减速下降过程。图3和图4中体重计示数小于图1中体重示数,说明电梯内同学处于失重状态,可能是减速上升或加速下降过程。故C、D正确。
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4.如图所示,垂直电梯有一个“轿厢”和一个“对重”,它们通过钢丝绳连接,驱动装置带动钢丝绳使“轿厢”和“对重”在竖直方向上做上下运动。当“轿厢”向上做匀加速直线运动时(  )
A.电梯的“对重”处于超重状态
B.电梯的“对重”向下做匀减速直线运动
C.钢丝绳的拉力等于“对重”的重力
D.钢丝绳的拉力小于“对重”的重力
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解析:当“轿厢”向上做匀加速直线运动时,“轿厢”加速度向上,此时,“对重”向下做匀加速直线运动,加速度向下,则“对重”处于失重状态,钢丝绳的拉力小于“对重”的重力,选项D正确。
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5.(2024·宁波高一质检)我国建设的落塔及塔内的落仓如图所示。某次实验时,t=0时刻落仓由静止开始自由下落,t=2 s时开始减速,t=4 s时落仓速度变为0。已知2~4 s内落仓做匀变速直线运动,忽略空气阻力,下列说法正确的是(  )
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A.0~2 s内落仓内的物体不受重力的作用
B.0~2 s内落仓内的物体处于完全失重状态
C.与0~2 s内相比,2~4 s内落仓下落的位移更小
D.t=1.5 s和t=2.5 s两时刻落仓的加速度相同
解析:0~2 s内落仓做自由落体运动,落仓内的物体只受重力的作用,加速度为重力加速度,处于完全失重状态,故A错误,B正确;
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6.(多选)随着城市化的不断发展,城里的楼房也越建越高,小周同学家住在某栋高31层的居民楼里,该楼内部装有电梯。小周同学和他的学习小组为了探究超失重现象,将一台悬挂式测力计放在电梯中,并在测力计上挂上一物体。当电梯平稳运行时,测力计的示数为1 N,从某时刻起,发现测力计的示数稳定在1.2 N,取g=10 m/s2,则(  )
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A.物体的质量变为0.12 kg
B.电梯正在以2 m/s2的加速度加速上升
C.电梯正在以2 m/s2的加速度减速下降
D.该时刻,电梯已经停在顶楼
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解析:物体的质量为0.1 kg不变,选项A错误;根据牛顿第二定律F-mg=ma,解得a=2 m/s2,可知电梯可能正在以2 m/s2的加速度加速上升,或者电梯正在以2 m/s2的加速度减速下降,选项B、C正确;电梯有向上的加速度,不可能停止在顶楼,选项D错误。
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7.小明站在装有力传感器的台秤上,完成下蹲、起立动作。计算机采集到的力传感器示数随时间变化情况如图所示。下列判断正确的是(  )
A.a点对应时刻,小明向下的速度最大
B.a点对应时刻,小明向下的加速度最大
C.b点对应时刻,小明处于超重状态
D.图示时间内,小明完成了两次下蹲和两次起立
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解析:小明在下蹲过程经历先向下加速再向下减速,即先失重后超重;起立过程经历先向上加速再向上减速,即先超重后失重,所以由题图可知,小明先下蹲后起立,图示时间内小明完成了1次下蹲和1次起立,且a点对应时刻F=mg,小明的加速度为0,向下的速度达到最大,故A正确,B、D错误;b点对应时刻,小明正在起立减速上升的过程,所以小明处于失重状态,故C错误。
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8.如图甲所示,质量为m=60 kg的同学,双手抓住单杠做引体向上。该同学的重心的速率随时间变化的图像如图乙所示,g取10 m/s2,由图像可知(  )
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A.t=0.5 s时,该同学的加速度约为3 m/s2
B.t=0.4 s时,该同学正处于超重状态
C.t=1.1 s时,该同学受到单杠的作用力的大小约为618 N
D.t=1.5 s时,该同学正处于超重状态
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B级——选考进阶
9.在2023年9月21日的“天宫课堂”第四课中,
神舟十六号航天员展示在微重力环境下,用“特制
乒乓球拍”击打水球的现象。下列说法正确的是(  )
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A.由于水球在空间站中处于失重状态,所以水球没有惯性
B.“球拍”拍水球时,水球受到的弹力是由于“球拍”发生形变产生的
C.“球拍”拍水球时,水球对“球拍”的作用力总是垂直于拍面
D.水球能够悬浮在空间站中是由于水球受到空气的浮力与微重力平衡
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解析:惯性是物体的固有属性,与所在位置和状态无关,故A错误;“球拍”拍水球时,水球所受弹力是由于“球拍”发生形变产生的,故B正确;“球拍”拍水球时,如果不是正拍,水球对“球拍”的作用力包括弹力和摩擦力,弹力垂直于拍面,摩擦力平行于拍面,合力不垂直于拍面,故C错误;水球能够悬浮在空间站中是由于失重现象,故D错误。
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10.(多选)同一乘客三次分别乘坐不同的电梯上楼,过程中都经历了电梯加速上升阶段,假设三次的加速度大小相同,且乘客相对电梯均静止,如图甲、乙、丙所示。在上述加速阶段中,下列说法正确的是(  )
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A.三种方式乘客均受到了电梯地板的摩擦力作用
B.只有在甲种方式中,乘客才受到了摩擦力作用
C.在丙种方式中,乘客受到电梯地板的支持力最大
D.三种方式中的乘客均处于超重状态
解析:电梯加速上升阶段,在甲种方式中,乘客受到支持力、重力、沿斜面向上的摩擦力作用;在乙种方式中,乘客受到支持力、重力、水平向右的摩擦力作用;
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在丙种方式中,乘客受到支持力、重力作用;故在甲、乙两种方式中,乘客受到了摩擦力作用,故A、B错误。在甲种方式中,乘客受到电梯地板的支持力为FN1=mgcos θ;在乙种方式中,根据牛顿第二定律有FN2-mg=masin θ,乘客受到电梯地板的支持力为FN2=mg+masin θ;在丙种方式中,根据牛顿第二定律有FN3-mg=ma,乘客受到电梯地板的支持力为FN3=mg+ma;可得FN12
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11.(16分)某同学到广州塔参观,为了测量电梯运行的相关数据,该同学带了一个电子台秤,并站在台秤上观察台秤数据变化。电梯静止时他观察到台秤的示数为50 kg。在电梯启动时示数变为52.5 kg,这个示数持续了10 s后又恢复到50 kg,电梯匀速运动了80 s,靠近观光层时台秤的示数变为45 kg直到电梯到达观光层。重力加速度g取10 m/s2。求:
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(1)电梯匀速运动时的速度大小;
答案:5 m/s
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(2)电梯减速的时间为多少;
答案:5 s 
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(3)在如图坐标中画出电梯运动全过程的v-t图像;
解析:根据以上分析知0~10 s内电梯做匀加速运动,速度达到5 m/s;10~90 s内做匀速直线运动,速度为5 m/s;90~95 s内做匀减速直线运动,末速度为零。图像如图所示。
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(4)广州塔观光层的高度为多少?(相对电梯启动时的位置)
答案:437.5 m
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4课时跟踪检测(二十二) 超重和失重
(选择题1~8小题,每小题4分;9~10小题,每小题6分。本检测卷满分60分)
A级——学考达标
1.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,它必然有竖直向下的加速度
2.神舟十七号乘组航天员在空间站中处于失重状态,如果要在空间站中进行实验,下列实验操作不能正常进行的是(  )
A.用水银做托里拆利实验
B.用体温计测体温
C.探究杠杆的平衡条件实验
D.用弹簧测力计测量拉力
3.(多选)几位同学为了探究电梯启动和制动时的运动状态变化情况,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。用照相机进行了相关记录,如图所示。图1为电梯静止时体重计的照片,图2、图3、图4和图5分别为电梯运动过程中体重计的照片。根据照片推断正确的是(  )
A.根据图2推断电梯一定处于加速上升过程,电梯内同学可能处于超重状态
B.根据图3推断电梯一定处于减速下降过程,电梯内同学可能处于失重状态
C.根据图4推断电梯可能处于减速上升过程,电梯内同学一定处于失重状态
D.根据图5推断电梯可能处于减速下降过程,电梯内同学一定处于超重状态
4.如图所示,垂直电梯有一个“轿厢”和一个“对重”,它们通过钢丝绳连接,驱动装置带动钢丝绳使“轿厢”和“对重”在竖直方向上做上下运动。当“轿厢”向上做匀加速直线运动时(  )
A.电梯的“对重”处于超重状态
B.电梯的“对重”向下做匀减速直线运动
C.钢丝绳的拉力等于“对重”的重力
D.钢丝绳的拉力小于“对重”的重力
5.(2024·宁波高一质检)我国建设的落塔及塔内的落仓如图所示。某次实验时,t=0时刻落仓由静止开始自由下落,t=2 s时开始减速,t=4 s时落仓速度变为0。已知2~4 s内落仓做匀变速直线运动,忽略空气阻力,下列说法正确的是(  )
A.0~2 s内落仓内的物体不受重力的作用
B.0~2 s内落仓内的物体处于完全失重状态
C.与0~2 s内相比,2~4 s内落仓下落的位移更小
D.t=1.5 s和t=2.5 s两时刻落仓的加速度相同
6.(多选)随着城市化的不断发展,城里的楼房也越建越高,小周同学家住在某栋高31层的居民楼里,该楼内部装有电梯。小周同学和他的学习小组为了探究超失重现象,将一台悬挂式测力计放在电梯中,并在测力计上挂上一物体。当电梯平稳运行时,测力计的示数为1 N,从某时刻起,发现测力计的示数稳定在1.2 N,取g=10 m/s2,则(  )
A.物体的质量变为0.12 kg
B.电梯正在以2 m/s2的加速度加速上升
C.电梯正在以2 m/s2的加速度减速下降
D.该时刻,电梯已经停在顶楼
7.小明站在装有力传感器的台秤上,完成下蹲、起立动作。计算机采集到的力传感器示数随时间变化情况如图所示。下列判断正确的是(  )
A.a点对应时刻,小明向下的速度最大
B.a点对应时刻,小明向下的加速度最大
C.b点对应时刻,小明处于超重状态
D.图示时间内,小明完成了两次下蹲和两次起立
8.如图甲所示,质量为m=60 kg的同学,双手抓住单杠做引体向上。该同学的重心的速率随时间变化的图像如图乙所示,g取10 m/s2,由图像可知(  )
A.t=0.5 s时,该同学的加速度约为3 m/s2
B.t=0.4 s时,该同学正处于超重状态
C.t=1.1 s时,该同学受到单杠的作用力的大小约为618 N
D.t=1.5 s时,该同学正处于超重状态
B级——选考进阶
9.在2023年9月21日的“天宫课堂”第四课中,神舟十六号航天员展示在微重力环境下,用“特制乒乓球拍”击打水球的现象。下列说法正确的是(  )
A.由于水球在空间站中处于失重状态,所以水球没有惯性
B.“球拍”拍水球时,水球受到的弹力是由于“球拍”发生形变产生的
C.“球拍”拍水球时,水球对“球拍”的作用力总是垂直于拍面
D.水球能够悬浮在空间站中是由于水球受到空气的浮力与微重力平衡
10.(多选)同一乘客三次分别乘坐不同的电梯上楼,过程中都经历了电梯加速上升阶段,假设三次的加速度大小相同,且乘客相对电梯均静止,如图甲、乙、丙所示。在上述加速阶段中,下列说法正确的是(  )
A.三种方式乘客均受到了电梯地板的摩擦力作用
B.只有在甲种方式中,乘客才受到了摩擦力作用
C.在丙种方式中,乘客受到电梯地板的支持力最大
D.三种方式中的乘客均处于超重状态
11.(16分)某同学到广州塔参观,为了测量电梯运行的相关数据,该同学带了一个电子台秤,并站在台秤上观察台秤数据变化。电梯静止时他观察到台秤的示数为50 kg。在电梯启动时示数变为52.5 kg,这个示数持续了10 s后又恢复到50 kg,电梯匀速运动了80 s,靠近观光层时台秤的示数变为45 kg直到电梯到达观光层。重力加速度g取10 m/s2。求:
(1)电梯匀速运动时的速度大小;
(2)电梯减速的时间为多少;
(3)在如图坐标中画出电梯运动全过程的v t图像;
(4)广州塔观光层的高度为多少?(相对电梯启动时的位置)
课时跟踪检测(二十二)
1.选D 运动员处于静止状态,合力为零,既不失重,也不超重,故A错误;不管是超重还是失重,物体的重力是不变的,故B、C错误;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正确。
2.选A 航天员在空间站中处于失重状态,必须依靠重力才能进行的实验都不能正常进行。用水银做托里拆利实验无法进行,因为水银不受重力约束,无法测定气压,A符合题意;用体温计测体温与重力无关,可以正常进行,B不符合题意;探究杠杆的平衡条件实验,可以不依靠重力进行探究,可以正常进行,C不符合题意;用弹簧测力计测量拉力时,可以不依靠重力进行测量,可以正常进行,D不符合题意。
3.选CD 图2和图5中体重计示数大于图1中体重示数,说明电梯内同学处于超重状态,可能是加速上升或减速下降过程。图3和图4中体重计示数小于图1中体重示数,说明电梯内同学处于失重状态,可能是减速上升或加速下降过程。故C、D正确。
4.选D 当“轿厢”向上做匀加速直线运动时,“轿厢”加速度向上,此时,“对重”向下做匀加速直线运动,加速度向下,则“对重”处于失重状态,钢丝绳的拉力小于“对重”的重力,选项D正确。
5.选B 0~2 s内落仓做自由落体运动,落仓内的物体只受重力的作用,加速度为重力加速度,处于完全失重状态,故A错误,B正确;设2 s时落仓的速度为v,则0~2 s内落仓下落的位移为x1=t1,2~4 s内落仓下落的位移x2=t2,由于t1=t2=2 s,可知0~2 s内落仓下落的位移等于2~4 s内落仓下落的位移,故C错误;0~2 s内落仓向下做匀加速直线运动,2~4 s内落仓向下做匀减速直线运动,根据对称性可知,t=1.5 s和t=2.5 s两时刻落仓的加速度大小相等,方向相反,故D错误。
6.选BC 物体的质量为0.1 kg不变,选项A错误;根据牛顿第二定律F-mg=ma,解得a=2 m/s2,可知电梯可能正在以2 m/s2 的加速度加速上升,或者电梯正在以2 m/s2的加速度减速下降,选项B、C正确;电梯有向上的加速度,不可能停止在顶楼,选项D错误。
7.选A 小明在下蹲过程经历先向下加速再向下减速,即先失重后超重;起立过程经历先向上加速再向上减速,即先超重后失重,所以由题图可知,小明先下蹲后起立,图示时间内小明完成了1次下蹲和1次起立,且a点对应时刻F=mg,小明的加速度为0,向下的速度达到最大,故A正确,B、D错误;b点对应时刻,小明正在起立减速上升的过程,所以小明处于失重状态,故C错误。
8.选B 根据速度—时间图像斜率表示加速度可知,t=0.5 s时,由a=≈ m/s2=0.3 m/s2,可知该同学的加速度约为0.3 m/s2,A错误;t=0.4 s时该同学向上加速运动,加速度方向向上,该同学处于超重状态,B正确;t=1.1 s时该同学的速度达到最大值,v t图线斜率为0,表示加速度为0,该同学受到的单杠的作用力刚好等于重力600 N,C错误;t=1.5 s时该同学向上做减速运动,加速度方向向下,该同学处于失重状态,D错误。
9.选B 惯性是物体的固有属性,与所在位置和状态无关,故A错误;“球拍”拍水球时,水球所受弹力是由于“球拍”发生形变产生的,故B正确;“球拍”拍水球时,如果不是正拍,水球对“球拍”的作用力包括弹力和摩擦力,弹力垂直于拍面,摩擦力平行于拍面,合力不垂直于拍面,故C错误;水球能够悬浮在空间站中是由于失重现象,故D错误。
10.选CD 电梯加速上升阶段,在甲种方式中,乘客受到支持力、重力、沿斜面向上的摩擦力作用;在乙种方式中,乘客受到支持力、重力、水平向右的摩擦力作用;在丙种方式中,乘客受到支持力、重力作用;故在甲、乙两种方式中,乘客受到了摩擦力作用,故A、B错误。在甲种方式中,乘客受到电梯地板的支持力为FN1=mgcos θ;在乙种方式中,根据牛顿第二定律有FN2-mg=masin θ,乘客受到电梯地板的支持力为FN2=mg+masin θ;在丙种方式中,根据牛顿第二定律有FN3-mg=ma,乘客受到电梯地板的支持力为FN3=mg+ma;可得FN111.解析:(1)电梯静止时台秤的示数为50 kg,在电梯启动时示数变为52.5 kg,说明此时合力F=(52.5-50)×10 N=25 N,根据牛顿第二定律知a1===0.5 m/s2,加速时间为t1=10 s,电梯匀速运动时的速度为v=a1t1=5 m/s。
(2)靠近观光层时台秤的示数变为45 kg,则此时合力F′=(45-50)×10 N=ma2,解得a2=-1 m/s2,所以减速时间t3==5 s。
(3)根据以上分析知0~10 s内电梯做匀加速运动,速度达到5 m/s;10~90 s内做匀速直线运动,速度为5 m/s;90~95 s内做匀减速直线运动,末速度为零。图像如图所示。
(4)v t图像与横轴围成的面积为运动位移,即观光层的高度h=×(80+95)×5 m=437.5 m。
答案:(1)5 m/s (2)5 s (3)见解析图
(4)437.5 m
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