人教版物理必修一 4.6 超重和失重 同步监测（含解析）

4.6 超重和失重
一、单选题
1.如图所示，在春晚节目秧中，机器人在舞台上载歌载舞，最后将高速旋转的手绢抛向空中送给观众。下列说法正确的是( )
A. 欣赏机器人的舞蹈，可将其视作质点
B. 机器人在跳舞时重心位置始终不变
C. 手绢被抛出后始终处于超重状态
D. 手对手绢的力的大小始终等于手绢对手的力的大小
2.如图所示，跳高运动员起跳后斜向上运动，越过横杆后开始斜向下运动，不计空气阻力，则运动员越过横杆前、后在空中所处的状态分别为( )
A. 失重、失重 B. 超重、超重 C. 失重、超重 D. 超重、失重
3.在探究超重和失重规律时，某体重为的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作．传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力随时间变化的图象，则下列图象中可能正确的是( )
A. B.
C. D.
4.某人操控无人机从地面沿直线竖直向上升空，无人机向上经历加速、匀速和减速过程最后悬停在空中，下列说法正确的是( )
A. 加速运动过程中无人机处于失重状态 B. 匀速运动过程中无人机处于失重状态
C. 减速运动过程中无人机处于失重状态 D. 悬停时无人机处于失重状态
5.某跳水运动员在踏板上起跳，我们通过录像观察到踏板和运动员要经历如图所示的状态，其中为无人时踏板静止点，为人站在踏板上静止时的平衡点，为人在起跳过程中人和踏板运动的最低点，则下列说法正确的是( )
A. 人在点受到的合外力最小
B. 人和踏板由到的过程中，人向上做加速度减小的加速运动
C. 人和踏板由到的过程中，先超重后失重
D. 人和踏板由到的过程中，人对踏板的压力不变
6.一质量为的乘客乘坐竖直电梯上楼，其位移与时间的关系图像如图所示段图像为直线。乘客的速度大小用表示，重力加速度为。下列判断正确的是( )
A. 乘客上升全过程中，一直增大
B. 时间内，增大，乘客处于失重状态
C. 时间内，减小，乘客处于超重状态
D. 时间内，减小，乘客处于失重状态
7.小明同学利用测量手机运动过程的加速度手机由静止向上运动，其图像如图所示，则( )
A. 时刻，手机速度最大
B. 时刻，手机速度为
C. 时间内，手机向上运动
D. 时间内，手机先处于失重状态后处于超重状态
8.根据海水中的盐分高低可将海水分成不同密度的区域，当潜艇从海水高密度区域驶入低密度区域，浮力顿减，称之为“掉深”如图甲所示，我国南海舰队某潜艇在高密度海水区域沿水平方向缓慢航行。时，该潜艇“掉深”，随后采取措施自救脱险，在内潜艇竖直方向的图像如图乙所示设竖直向下为正方向。不计水的粘滞阻力，则( )
A. 潜艇在时下沉到最低点
B. 潜艇竖直向下的最大位移为
C. 潜艇在“掉深”和自救时的加速度大小之比为
D. 潜艇在内处于超重状态
9.如图所示，图甲电梯内铁架台上的拉力传感器下挂有一瓶矿泉水，图乙是电梯启动后电脑采集到的拉力随时间的变化情况，重力加速度，下列说法正确的是( )
A. 图乙中，t1~t4反映了电梯从高层到低层运动
B. 不能从图乙中得到矿泉水的重力
C. 根据图乙可以求出电梯启动过程中，匀加速阶段的加速度大小约为0.67m/s2
D. 因为不知道电梯启动方向，所以无法判断哪段时间矿泉水瓶处于超重状态
10.两倾斜的平行杆上分别套着、两相同圆环，两环上均用细线悬吊着相同的小球，如图所示当它们都沿杆向下滑动，各自的环与小球保持相对静止时，的悬线与杆垂直，的悬线沿竖直方向，下列说法正确的是( )
A. 环与杆有摩擦力 B. 球处于失重状态
C. 杆对、环的弹力大小相等 D. 细线对、球的弹力大小可能相等
11.如图所示为一种学生常用的弹簧笔，其结构如图。设不按压时弹簧处于原长状态。在桌面上把笔倒着按压，松手后可以让笔竖直跳起。该过程如图乙：按压弹簧笔外壳，外壳压缩弹簧，静止释放外壳，弹簧恢复原长，最终笔竖直向上弹起。不计一切摩擦。外壳与内芯撞击后立即以相同的速度运动，下面关于弹簧笔的说正确的是( )
A. 释放的瞬间，桌面的对弹簧笔的支持力等于弹簧笔的重力
B. 弹簧笔离开桌面后到落回桌面前，内芯处于完全失重状态
C. 弹簧笔离开桌面后的上升阶段处于超重状态
D. 弹簧笔离开桌面后到落回桌面前重力减小
12.某矿场工人利用运输箱向井底运送物资，其简化图如图所示。某次运送物资过程中，运输箱先从静止做匀加速直线运动，接着做匀速直线运动，最后做匀减速直线运动，到达井底时速度恰好为零。已知匀加速和匀减速直线运动的时间均为，匀速运动的时间为，下落的总高度为。则物资( )
A. 匀加速运动阶段处于超重状态
B. 整个运动过程的最大速度大小为
C. 匀减速运动阶段的加速度大小为
D. 匀加速和匀减速运动阶段所受运输箱的作用力相同
13.蹦极是极具挑战的运动，参加体验的人双脚绑着一条弹簧绳，当人从平台上跳下，弹簧绳由弯曲逐渐被拉直，再被拉至最长，而后又向上弹回的过程中，下列说法正确的是( )
A. 弹簧绳未被拉直之前，人处于失重状态
B. 弹簧绳刚被拉直时，人速度最快
C. 弹簧绳被拉到最长时，人的速度为零，加速度也为零
D. 人往回弹的过程中，人先做匀加速运动，再做匀减速运动
14.年月日，陈芋汐参加加拿大温莎站世界杯跳水决赛获得冠军。陈芋汐以一定的初速度在高台上竖直向上起跳，到距水面的最高处后开始竖直下落，入水后受到水的阻力视为恒力大小为她的重力的倍。重力加速度取，陈芋汐在运动过程中可简化为质点，不计空气阻力，陈芋汐从最高点运动到最低点的过程中( )
A. 入水前比入水后的速度变化更快 B. 在水中下降的最大深度为
C. 平均速度大小为 D. 一直处于失重状态
二、多选题
15.某实验小组测得在竖直方向飞行的无人机飞行高度随时间的变化曲线如图所示，、、、为曲线上的点，、段可视为两段直线，其方程分别为和，无人机及其载物的总质量为，取竖直向上为正方向。则( )
A. 段无人机的速度大小为 B. 段无人机的货物处于失重状态
C. 段无人机处于超重状态 D. 段无人机处于失重状态机
16.乘坐“空中缆车”饱览大自然的美景是旅游者绝妙的选择。若某一缆车沿着坡度为的山坡以加速度上行，如图所示。若在缆车中放一个与山坡表面平行的斜面，斜面上放一个质量为的小物块，小物块相对斜面静止设缆车保持竖直状态运行。重力加速度为，则下列说法正确的是( )
A. 小物块处于失重状态
B. 小物块受到的摩擦力方向平行斜面向上
C. 小物块受到的静摩擦力为
D. 若缆车加速度减小，则小物块受到的摩擦力和支持力都减小
17.如图所示，一课外兴趣小组在电梯轿厢内进行实验探究。轿厢天花板下竖直悬挂一个弹簧测力计，测力计下挂着一个小钢球，小明同学站在轿厢地板上，轿厢正在以的加速度向上加速运动，小球相对轿厢静止。现使轿厢的加速度突然变为反向大小不变，则在轿厢的加速度反向后的瞬间，下列说法正确的是
A. 弹簧测力计的示数变大 B. 弹簧测力计的示数不变
C. 小明处于失重状态 D. 小明处于超重状态
18.如图甲所示，快递公司利用无人机配送快递。某次快递员操作无人机竖直向上配送快递，由地面送至了楼阳台，该过程中无人机飞行的图像如图乙所示。下列说法正确的是
A. 时间内，无人机做匀加速直线运动
B. 时间内，无人机的平均速度小于
C. 时刻，无人机上升到楼阳台
D. 时间内，无人机处于超重状态
三、实验题
19.学生小组为了探究超重和失重现象，将弹簧测力计挂在电梯内，测力计下端挂一物体。已知当地重力加速度大小为。
电梯静止时测力计示数如图所示，读数为 结果保留位小数
电梯上行时，一段时间内测力计的示数为，则此段时间内物体处 填“超重”或“失重”状态，电梯加速度大小为 结果保留位小数。
20.为了研究失重与超重现象，某同学将一质量为的小球用拉力传感器悬挂在升降机内，如图所示，升降机启动后，通过电脑描绘出某段时间内拉力随着时间变化的关系图像如图所示。已知重力加速度取，不计空气阻力。回答下列问题：计算结果均保留位有效数字
在传感器有示数的时间内，升降机的最大加速度大小为 ，此时加速度的方向为 选填“向上”或“向下”。
时小球处于 选填“失重”或“超重”状态，此时加速度的大小为 ，升降机的运动可能是 。
A.向上加速运动
B.向上减速运动
C.向下加速运动
D.向下减速运动
四、计算题
21.质量是的人站在升降机中的体重计上，如图所示，重力加速度取，当升降机做下列各种运动时，求体重计的示数。
匀速上升；
以的加速度加速上升；
以的加速度加速下降。
22.有登山爱好者攀登泰山时，被泰山雄伟磅礴的气势所震撼，同时他进行了一个大胆的设想：在泰山半山腰最艰险之处安装观光电梯。考虑到人们的身体感受，要求电梯的最大速度是，从底部到顶部只需，电梯运行过程中会经历匀加速、匀速、匀减速三个过程，其中匀加速过程中加速度为，已知重力加速度取，结果均保留一位小数。
电梯内放一台秤，静止时，该登山者站在台秤上的示数为，如果电梯加速，那么台秤的示数是多少？
若加速、减速的加速度大小相等，求在电梯减速阶段该登山者对电梯的压力，以及电梯总共上升的高度。
23.小明用台秤研究人在升降电梯中的超重与失重现象他在地面上用台秤称得其体重为，再将台秤移至电梯内称其体重，电梯从时由静止开始运动到时停止，得到台秤的示数随时间变化的图象如图所示，取求：
小明在内加速度的大小，并判断在这段时间内他处于超重还是失重状态；
在内，台秤的示数；
小明运动的总位移
24.物体放在真空容器内，且略小于现将它们以初速度竖直向上抛出，如图所示．试分析：
若不计空气阻力，系统在上升、下落过程中，对的压力如何？
若考虑空气阻力，系统在上升、下落过程中，对的压力又会怎样？
25.随着航天技术的发展，人类已实现了载人航天飞行。年月日，我国成功发射了“神舟”五号载人宇宙飞船。火箭全长，起飞总重量，火箭点火竖直升空时，仪器显示航天员对座舱的最大压力等于他体重的倍，飞船进入轨道后，“神舟”五号环绕地球飞行圈，约用时，航天员多次在舱内飘浮起来。假定飞船运行轨道是圆形轨道，地球半径，地面重力加速度取。计算结果保留两位有效数字
试分析航天员在舱内“飘浮起来”的原因
求火箭点火发射时，火箭的最大推力
估算飞船运行轨道距离地面的高度。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.欣赏机器人的舞蹈，要看其动作，不可将其视作质点，故A错误；
B.机器人在跳舞时，身体各部位位置会发生变化，重心位置会改变，故B错误；
C.手绢被抛出后加速度向下，处于失重状态，故C错误；
D.根据牛顿第三定律，手对手绢的力的大小始终等于手绢对手的力的大小，故D正确。
故选D。
2.【答案】
【解析】判断物体的超重、失重状态取决于加速度的方向，向上为超重状态，向下为失重状态，与速度方向无关。
运动员在空中阶段，无论越过横杆之前还是之后，所受合力均为重力，故加速度均为、方向竖直向下，故运动员在空中阶段一直处于失重状态。
3.【答案】
【解析】解：对人的运动过程分析可知，人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，此时人对传感器的压力小于人的重力的大小；
在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态，此时人对传感器的压力大于人的重力的大小，所以D正确。
故选：。
4.【答案】
【解析】A.向上加速时，无人机有向上的加速度，处于超重状态，故A错误
匀速和悬停时无人机没有加速度，处于平衡状态，故B、D错误
C.无人机向上减速运动过程具有向下的加速度，处于失重状态，故 C正确。
5.【答案】
【解析】A、为人站在踏板上静止时的平衡点，可知人在点受到的合外力最小，故A错误；
、为人站在踏板上静止时的平衡点，此时弹力等于人的重力；则人和踏板由到的过程中，弹力一直大于人的重力，随着弹力的逐渐减小，人向上做加速度减小的加速运动，人一直处于超重状态，故B正确，C错误；
D、人和踏板由到的过程中，踏板对人的弹力大小逐渐减小，则人对踏板的压力逐渐减小，故D错误。
故选B。
6.【答案】
【解析】A.图像切线的斜率表示速度，可知乘客上升全过程中，先增大后不变再减小，故A错误；
B.图像切线的斜率表示速度，由图可知在时间内速度增加，即乘客的加速度向上，故乘客处于超重状态，故B错误；
C.在时间内，图像的斜率保持不变，所以速度不变，即乘客匀速上升，处于平衡状态，故C错误；
D.在时间内，图像切线的斜率变小，所以速度减小，即乘客减速上升，故加速度向下，乘客处于失重状态，故D正确。
7.【答案】
【解析】由图可知时刻加速度最大，后续到仍然在加速，所以手机在时刻速度最大，故AB错误；
C.到时间内加速度为负，手机向上做减速运动，故C正确；
D.到加速度为正向上，处于超重状态，到加速度为负向下，处于失重状态，故D错误。
8.【答案】
【解析】A.在内先向下加速后向下减速，则潜艇向下到达最大深度，故A错误
B.由图像可知潜艇竖直向下的最大位移为，故B正确
C.潜艇在“掉深”时向下加速，则由图像可知加速度大小为，在自救时加速度大小为，故加速度大小之比为，故C错误；
D.潜艇在内向下加速，加速度向下，则处于失重状态，故D错误。
9.【答案】
【解析】在图乙中，在阶段，拉力大于重力为超重，加速度向上，电梯加速上升，阶段，拉力与重力持平，属于匀速运动，阶段拉力小于重力，为失重，加速度向下，电梯做减速运动，因此反映了电梯从低层到高层运动，且能判断时间矿泉水处于超重状态，AD错误
B.在阶段，拉力与重力持平，因此可以得到矿泉水的重力，为，B错误
C.由图可知，在匀加速阶段，拉力大小为，矿泉水的质量为
因此匀加速阶段的加速度大小约为
C正确。故选C。
10.【答案】
【解析】解：、环和球做直线运动，
对其受力分析，由牛顿第二定律，得到：
细线拉力为：
再对环受力分析
根据牛顿定律，有，，
联立各式解得：，，故A错误；
B、对球受力分析，受重力和拉力，由于做直线运动，合力与速度在一条直线上，故合力为零，物体做匀速运动，细线拉力等于；
再对环受力分析，受重力、拉力、支持力，由于做匀速运动，合力为零，所以球不是处于失重状态，故B错误；
，对环和球做受力分析有：
根据平衡条件，有，，综合上述分析，C正确；
，对于球受到的拉力大小为，对于球受到的拉力，因此受到的拉力大小不等，故D错误；
故选：。
11.【答案】
【解析】A.释放瞬间，弹簧笔的速度为但有向上的加速度，处于超重状态，桌面的对弹簧笔的支持力大于弹簧笔的重力，故A错误；
B.弹簧笔离开桌面后到落回桌面前，弹簧笔只受重力作用，所以内芯、外芯都处于完全失重状态，故B正确；
C.弹簧笔离开桌面后的上升阶段先加速后减速，所以先超重后失重，故C错误；
D.弹簧笔的质量不变，根据 可知弹簧笔离开桌面后到落回桌面前重力不变，故D错误。
故选B。
12.【答案】
【解析】A、匀加速运动阶段加速度竖直向下，物资处于失重状态，A错误
B、设整个运动过程的最大速度大小为，由题意可得，解得，B错误
C、由，得，C正确
D、由题意知匀加速和匀减速阶段加速度大小相等，设物资的质量为，在匀加速阶段，得，在匀减速阶段，得，故两阶段运输箱对物资的作用力大小不同， D错误。
故选C。
13.【答案】
【解析】弹簧绳未被拉直之前，人向下加速处于失重状态。弹簧绳刚被拉直时，人速度不是最快，因为此时合力仍向下，人仍向下做加速运动。弹簧绳被拉到最长时，人的速度为零，但人会被弹回，说明弹簧绳向上的力大于人的重力，加速度不为零。人往回弹的过程中，由于弹簧绳弹力的变化，人不是匀变速运动，故选 A．
14.【答案】
【解析】D. 从最高点下落到入水前，只受到重力作用，处于失重状态，入水后，水的阻力大于重力，加速度向上，处于超重状态。故D错误；
A. 入水前比根据牛顿第二定律有，入水后根据牛顿第二定律有，所以入水后的加速度大于入水前的加速度，即入水后的速度变化更快，故A错误；
从最高处竖直下落至水面过程中，根据自由落体运动规律可得，解得，运动时间，入水后根据，解得，运动时间，则平均速度，故B错误，C正确。
故选C。
15.【答案】
【解析】根据图像中斜率表示速度，由直线方程可知，段无人机做匀速直线运动，速度大小为，段无人机处于平衡状态，故C错误，A正确；
B.根据图像中斜率表示速度，由图可知，无人机先向上做减速运动，然后向下做加速运动，则无人机在段具有向下的加速度，处于失重状态，故B正确；
D.根据图像中斜率表示速度，由直线方程可知，段无人机做匀速直线运动，处于平衡状态，故D错误。
故选AB。
16.【答案】
【解析】A、小物块的加速度大小为，方向沿斜面向上，有竖直向上的分量，因此小物块处于超重状态，故A错误，
B、以小物块为研究对象，分析受力情况：重力、斜面的支持力和摩擦力为静摩擦力，沿平行斜面向上，故B正确；
C、根据牛顿第二定律得：，解得，，方向平行斜面向上。由于小物块相对斜面静止，所以该摩擦力是静摩擦力，故C正确。
D、在垂直斜面方向支持力和平衡，大小相等，故支持力不变，D错误。
故选：。
17.【答案】
【解析】．在加速度反向的瞬间，由于弹簧的形变来不及改变，所以弹簧的弹力不变，即弹簧测力计的示数不变，故A错误，B正确；
．轿厢加速度变为向下，小明具有向下的加速度，小明处于失重状态，故C正确，D错误。
18.【答案】
【解析】A.根据图像的斜率表示加速度可知，时间内斜率在变小，即加速度在变小，无人机做加速度减小的加速运动，故A错误；
B.根据图像与时间轴围成的面积表示无人机运动的位移，可知时间内图像与横轴围成的面积小于连接曲线上和两点直线时与横轴围成的面积，再根据匀变速直线运动的平均速度表达式可得，时间内无人机的平均速度，故B正确；
C.根据图像可知，时刻无人机悬停，图像所围的面积最大，位移最大，无人机到达楼阳台，故C正确；
D.时间内，无人机的加速度竖直向下，处于失重状态，故D错误。
19.【答案】；
失重；
【解析】由图可知弹簧测力计的分度值为，则读数为。
电梯静止时，根据弹簧条件，弹簧测力计的示数，电梯上行时，一段时间内测力计的示数为 ，小于物体的重力可知此段时间内物体处于失重状态；根据，根据牛顿第二定律：，代入数据联立解得电梯加速度大小：。
20.【答案】 向下 超重
【解析】由题图可知，传感器的示数最小出现在之间，此时拉力的大小约为，对小球进行受力分析，根据牛顿第二定律有，解得，此时小球处于失重状态，加速度方向向下传感器示数最大出现在之间，此时拉力的大小约为，对小球进行受力分析，根据牛顿第二定律有，解得，故升降机的最大加速度为，此时小球处于失重状态，加速度方向向下。
由题图可知，时传感器的示数约为，小球处于超重状态，根据牛顿第二定律有，解得升降机的加速度，方向向上，因此小球的运动可能是向上的加速运动，也可能是向下的减速运动，、D正确。
21.【解析】匀速上升时，由平衡条件得，
由牛顿第三定律得人对体重计压力为，即体重计示数为。
加速上升时，由牛顿第二定律得
，
由牛顿第三定律得人对体重计压力为，即体重计示数为。
加速下降时，由牛顿第二定律得
，
由牛顿第三定律得人对体重计压力为，即体重计示数为。
答：匀速上升时，体重计的示数为；
以的加速度加速上升时，体重计的示数为；
以的加速度加速下降时，体重计的示数为。

22.【解析】分析登山者，加速向上过程，根据牛顿第二定律，，
其中，解得，
结合牛顿第三定律得台秤示数为。
减速上升过程，加速度大小仍然为，设登山者受到电梯的支持力为，
根据牛顿第二定律：，
解得，方向竖直向上，
根据牛顿第三定律，登山者对电梯的压力为，方向竖直向下。
电梯加速上升时间为，
加速上升的高度为，
加速上升与减速上升过程具有对称性，所以匀速运动的时间为，
所以匀速上升的高度为，
则电梯总共上升的高度。
23.【解析】由图象可知，在内，台秤对小明的支持力为：
由牛顿第二定律定律有：
解得：
加速度方向竖直向下，故小明处于失重状态；
设在内小明的加速度为，时间为，的时间为，则
解得：
由牛顿第二定律定律有：
解得：
内位移
内位移
内位移
小明运动的总位移
24.【解析】在运动过程中，与具有相同的加速度，用整体法分析可知：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，方向竖直向下。故B球处于完全失重状态，对无压力。
若考虑空气阻力，上升时整体加速度为：
对受力分析，根据牛顿第二定律，容易知道对的压力向下，根据牛顿第三定律，对的压力向上
若考虑空气阻力，则整体在下降时的加速度为：
对受力分析，根据牛顿第二定律，容易直到对的压力向上，根据牛顿第三定律，对的压力向下
25.【解析】在舱内，航天员靠万有引力提供向心力，处于完全失重状态，所以航天员在舱内“飘浮起来”；
对航天员进行受力分析，设座舱对他的支持力为，他的质量为，最大加速度为，根据牛顿第二定律有：
由题知，故
对火箭整体进行受力分析，设最大推力为，根据牛顿第二定律有：
所以．．
由题知运行周期为
根据万有引力定律提供向心力有：
又
解得：
代入数据解得：
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