高中物理教科版必修一检测 第3章 6.超重与失重 Word版含解析

6.超重与失重
课时过关·能力提升
一、基础巩固
1.下列说法正确的是(　　)
A.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
B.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
C.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
D.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态
解析:蹦床运动员在空中上升和下落过程中都具有向下的加速度,均处于失重状态,A对;体操运动员双手握住单杠吊在空中不动、游泳运动员仰卧在水面静止不动及举重运动员在举起杠铃后不动时均处于平衡状态,B、C、D错.
答案:A
2.(多选)人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后,其中人和物体都处于完全失重状态.这种状态下,不能做的实验是(　　)
A.液体的对流实验
B.用弹簧测力计测力
C.用托里拆利管测舱内的气压
D.用天平测物体的质量
解析:在太空舱内处于完全失重状态,所以任何物体将不再对它的支持面有压力和对悬挂它的物体有拉力.所以,弹簧测力计不能用来测物体重力,但是仍可以用来测力;天平不能测物体的质量;托里拆利管不能测气压;密度大的物体将不能下沉,密度小的物体也不能上浮,所以对流实验也不能进行.选项A、C、D符合题意.
答案:ACD
3.(多选)在以加速度a=
1
3
??匀加速上升的电梯里,有一质量为??的人,下列说法正确的是(　　)
A.人的重力为
2
3
????
B.人的重力仍为mg
C.人对电梯的压力为
2
3
????
D.人对电梯的压力为
4
3
????
解析:超、失重时人所受重力不变,故选项A错误,B正确;对人由牛顿第二定律N-mg=ma,故人所受的支持力N=
4
3
????,人对电梯的压力大小也是
4
3
????,故选项C错误,D正确.
答案:BD
4.(多选)某同学站在电梯底板上,利用速度传感器和计算机研究一观光电梯升降过程中的情况,如图所示的v-t图像是计算机显示的观光电梯在某一段时间内速度变化的情况(向上为正方向).根据图像提供的信息,可以判断下列说法正确的是(　　)
/
A.在0~5 s内,观光电梯在加速上升,该同学处于失重状态
B.在5~10 s内,该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力
C.在10~20 s内,观光电梯在减速下降,说明该同学的惯性在变小
D.在20~25 s内,观光电梯在加速下降,该同学处于失重状态
解析:在0~5 s内,从v-t图像可知,此时的加速度为正,电梯的加速度方向向上,此时人处于超重状态,所以A错误;在5~10 s内,v-t图线平行于t轴,此时电梯做匀速运动,处于平衡状态,所以该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力,所以B正确;在10~20 s内,从v-t图像可知,此时的加速度为负,速度为正,电梯的加速度方向向下,正在减速上升,此时人处于失重状态,由于质量不变,因此惯性不变,所以C错误;在20~25 s内,速度为负,加速度为负,则观光电梯在加速下降,该同学处于失重状态,选项D正确.
答案:BD
5.在电梯内的地板上放一体重计,电梯静止时,晓敏同学站在体重计上,体重计示数为50 kg.电梯运动过程中,某一段时间内晓敏同学发现体重计示数如图所示,关于这段时间的描述,下列说法正确的是(　　)
/
A.晓敏同学所受的重力变小了
B.晓敏同学对体重计的压力小于体重计对她的支持力
C.电梯一定在竖直向下运动
D.电梯的加速度大小为
??
5
,且加速度的方向一定竖直向下
解析:由晓敏对体重计的压力变小了可知,晓敏在这段时间内处于失重状态,晓敏的重力没有改变,A错误;晓敏对体重计的压力与体重计对晓敏的支持力是一对作用力与反作用力,大小一定相等,B错误;以竖直向下为正方向,有mg-N=ma,即50 kg×g-40 kg×g=50 kg×a,解得a=
??
5
,方向竖直向下,但速度方向可能是竖直向上,也可能是竖直向下,C错误,D正确.
答案:D
6.在索契冬奥会自由滑雪女子空中技巧比赛中,中国选手徐梦桃以83.50分夺得银牌.比赛场地可简化为如图所示的助滑区、弧形过渡区、着陆区、减速区等组成.若将运动员看做质点,且忽略空气阻力,下列说法正确的是(　　)
A.运动员在助滑区加速下滑时处于超重状态
B.运动员在弧形过渡区运动过程中处于失重状态
C.运动员在跳离弧形过渡区至着陆区之前的过程中处于完全失重状态
D.运动员在减速区减速过程中处于失重状态
答案:C
7.一把弹簧测力计最多能挂5.4 kg重的物体,在以1 m/s2的加速度下降的电梯里,它最多能挂上多重的物体?如果在电梯内弹簧测力计最多能挂上4.0 kg的物体,此刻电梯在做什么运动?加速度的大小为多大?(g取10 m/s2)
解析:弹簧测力计的最大拉力F=m0g=5.4×10 N=54 N.当a1=1 m/s2、方向向下时,m1g-F=m1a,则m1=
??
??-??
=
54
10-1
kg=6 kg.若最多能挂4.0 kg的物体,说明物体处于超重状态,加速度方向向上,即电梯做向上加速运动或向下减速运动.由F-m2g=m2a2得
a2=
??-
??
2
??
??
2
=
54-4.0×10
4.0
m/s2=3.5 m/s2.
答案:6 kg　向上加速运动或向下减速运动　3.5 m/s2
二、能力提升
1.关于超重和失重,下列说法正确的是(　　)
A.超重就是物体所受的重力增加了
B.失重就是物体所受的重力减少了
C.完全失重就是物体一点重力都没有了
D.不论超重、失重或完全失重,物体所受的重力是不变的
解析:超重和失重现象中物体所受的重力并没有改变,变化的是物体对支持物压力(或对悬挂物的拉力),选项A、B、C错误,D正确.
答案:D
2.如图所示,质量为M的框架放在水平地面上,一轻质弹簧上端固定在框架上,下端挂一个质量为m的小球,小球上下振动时,框架始终没有跳起,当框架对地面的压力为零的瞬间,小球加速度的大小为(　　)
A.g　　　B.
(??-??)??
??
　　　C.0　　　D.
(??+??)??
??
解析:当框架对地面的压力为零的瞬间,说明弹簧处于压缩状态,且弹力F=Mg,对小球:F合=mg+F=ma得a=
(??+??)??
??
,选项D正确.
答案:D
3.(多选)质量为m的人站在升降机里,如果升降机的加速度的绝对值为a,升降机底板对人的支持力N=mg+ma,则可能的情况是(　　)
A.升降机以加速度a向下加速运动
B.升降机以加速度a向上加速运动
C.在向上运动中,以加速度a制动
D.在向下运动中,以加速度a制动
解析:升降机对人的支持力N=mg+ma,即人处于超重状态,具有向上的加速度,而选项A、C中加速度均向下,即处于失重状态,只有选项B、D正确.
答案:BD
4.(多选)“蹦极”是一项非常刺激的体育运动,某人身系弹性绳自高空P点自由下落,右图中a点是弹性绳的原长位置,c点是人能到达的最低点,b点是人静止悬吊着时的平衡位置.人在从P点下落到最低点c的过程中(　　)
/
A.在Pa段做自由落体运动,人处于完全失重状态
B.在ab段,绳的拉力小于人的重力,人处于失重状态
C.在bc段,绳的拉力小于人的重力,人处于失重状态
D.在c点,人的速度为零,其加速度为零
解析:人在Pa段只受重力作用,a=g,完全失重,A正确;人在ab段受重力和向上的拉力,拉力小于重力,合力向下,加速度向下,失重,B正确;人在bc段受重力和向上的拉力,拉力大于重力,合力向上,加速度向上,超重,C错误;人在c点时,绳的拉力最大,人所受的合力最大,加速度最大,D错误.
答案:AB
5.用力F提起用细绳连在一起的A、B两物体,并以5.0 m/s2的加速度匀加速竖直上升,如图所示.已知A、B的质量分别为1 kg和2 kg, g取10 m/s2,绳子所能承受的最大拉力是35 N,则:
/
(1)力F的大小是多大?
(2)为使绳不被拉断,作用在A物体上的拉力F的最大值是多大?
解析:(1)对A、B整体,由牛顿第二定律得
F-(mA+mB)g=(mA+mB)a
解得F=45 N.
(2)当A、B间的绳子的拉力恰为35 N时,加速度最大,F最大
对B:T-mBg=mBamax
对A:Fmax-(mA+mB)g=(mA+mB)amax
联立解得Fmax=52.5 N.
答案:(1)45 N　(2)52.5 N
6.如图所示,表演“顶竿”杂技时,一人站在地上(称为“底人”),肩上竖直扛着一个质量为m=5 kg的竹竿,一个质量为M=40 kg的演员(可视为质点)在竿顶端从静止开始先匀加速再匀减速下滑,滑到竿底端时速度正好为零.为了研究该杂技的力学性质,研究人员在竿底部和“底人”肩膀之间安装一个力传感器,演员从竿顶端下滑的整个过程中,竿对传感器竖直向下压力大小随时间变化的关系如图乙所示.根据题中所给条件和图像中有关信息,重力加速度大小g为10 m/s2.求:
/
(1)演员在竿上匀加速下滑和匀减速下滑的过程中,竿受到的摩擦力大小;
(2)竿的长度.
解析:(1)设人与竿之间的摩擦力为f.由图乙可知,
0~1 s内,人加速下滑,对竿有
F1=mg+f1①
得f1=F1-mg
=290 N-5×10 N
=240 N②
1~3 s内,人减速下滑,对竿有
F2=mg+f2③
得f2=F2-mg=480 N.④
(2)设人加速下滑的加速度大小为a1,减速下滑的加速度大小为a2.
则0~1 s内,Mg-f1=Ma1⑤
x1=
1
2
??
1
??
1
2
⑥
v1=a1t1⑦
1~3 s内
f2-Mg=Ma2⑧
??
1
2
=2
??
2
??
2
⑨
x=x1+x2⑩
联立以上各式得
x=6 m, 即竿的长度为6 m.
答案:(1)240 N　480 N　(2)6 m
7.美国某大学五名学习航空航天工程的大学生搭乘NASA的飞艇参加了“微重力学生飞行机会计划”,飞行员将飞艇开到6 000 m的高空后,让飞艇由静止下落,以模拟一种微重力的环境.下落过程中飞艇所受空气阻力为其重力的
1
25
.这样可以获得持续25 s之久的失重状态,大学生们就可以进行微重力影响的实验.紧接着飞艇又做匀减速运动,若飞艇离地面的高度不得低于500 m,??取10 m/s2,求:
(1)飞艇在25 s内下落的高度;
(2)在飞艇后来的减速过程中,大学生对座位的压力至少是其重力的多少倍?
解析:(1)设飞艇在25 s内下落的加速度为a1,根据牛顿第二定律得mg-F1=ma1,解得a1=
????-
??
1
??
=9.6 m/s2.飞艇在25 s内下落的高度为x1=
1
2
??1??2=3 000 m.
(2)25 s后飞艇做匀减速运动,开始减速时飞艇的速度为v=a1t=240 m/s.减速运动过程中下落的最大高度为h2=(6 000-3 000-500) m=2 500 m.减速运动过程中飞船的加速度大小a2至少为a2=
??
2
2
?
2
=11.52 m/s2.设座位对大学生的支持力为N,则N-mg=ma2,N=m(g+a2)=2.152mg,即大学生对座位的压力至少是其重力的2.152倍.
答案:(1)3 000 m　(2)2.152