高中物理人教新课标版必修1： 超重与失重 强化训练（含解析）

考点针对训练：超重与失重
1．我国已掌握“半弹道跳跃式高速再入返回技术”，为实现“嫦娥”飞船月地返回任务奠定基础.如图虚线为地球大气层边界，返回器与服务舱分离后，从a点无动力滑入大气层，然后经b点从c点“跳”出，再经d点从e点“跃入”实现多次减速，可避免损坏返回器。d点为轨迹最高点，离地面高h，已知地球质量为M，半径为R，引力常量为G。则返回器（　　）
A．在d点处于超重状态
B．从a点到e点速度越来越小
C．在d点时的加速度大小为
D．在d点时的线速度小于地球第一宇宙速度
2．如图所示，用一水平木板托着一个物块，使它们一起在竖直平面内做匀速圆周运动，运动过程中物块与木板始终保持相对静止，木板始终保持水平，图中A、C两个位置分别是运动轨迹的最低点和最高点，B位置与轨迹圆心等高。下列说法正确的是
A．在A位置，物块处于平衡状态
B．在B位置，物块有向右运动的趋势
C．在C位置，物块对木板的压力等于物块的重力
D．从A到B再到C的过程中，物块一直处于超重状态
3．2017 年11月5日，我国用长征火箭成功发射了两颗北斗三号组网卫星(如图所示)，开启了北斗卫星导航系统全球组网的新时代。下列关于火箭在竖直方向加速起飞阶段的说法正确的是（　　）
A．火箭只受到重力和空气阻力的作用
B．火箭处于失重状态
C．火箭喷出的热气流对火箭的作用力与火箭对热气流的作用力大小相等
D．保温泡沫塑料从箭壳上自行脱落后，相对地面做自由落体运动
4．一个质量为60 kg的人，站在竖直向上加速运动的升降机地板上，若g取10 m/s2，这时人对升降机地板的压力可能为（　　）
A．700 N B．300 N C．600 N D．0
5．下列说法正确的是（　　）
A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
B．人乘坐电梯加速向下运动时处于失重状态
C．举重运动员举起杠铃不动时处于超重状态
D．司机在水平公路上刹车时处于超重状态
6．一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是（　　）
A．0~t1时间内，v增大，FN>mg B．t1~t2 时间内，v减小，FNC．t2~t3 时间内，v增大，FN mg
7．如图为大型游乐设施跳楼机，右图为其结构简图。跳楼机由静止从a自由下落到b，再从b开始以恒力制动竖直下落到c停下。已知跳楼机和游客的总质量为m，ab高度差为2h，bc高度差为h，重力加速度大小为g。则（　　）
A．从b到c，游客处于失重状态
B．从b到c，跳楼机的加速度大小为2g
C．从a到c，除重力外做的功为-2mgh
D．跳楼机运动到b点时，游客重力的瞬时功率为2m
8．宇航员乘坐宇宙飞船环绕地球做匀速圆周运动时，下列说法正确的是（ ）
A．地球对宇航员没有引力 B．宇航员处于失重状态
C．宇航员处于超重状态 D．宇航员的加速度等于零
9．如图所示，一根跨过一固定的水平光滑细杆的轻绳两端拴有两个小球，球a置于水平地面上，球b被拉到与细杆同一水平的位置，把绳拉直后，由静止释放球b，当球b摆到O点正下方时，球a对地面的压力大小为其重力的 ，已知图中Ob段的长度小于Oa段的长度，不计空气阻力，则（　　）
A．球b下摆过程中处于失重状态
B．球b下摆过程中向心加速度变小
C．当球b摆到O点正下方时，球b所受的向心力为球a重力的
D．两球质量之比ma：mb=9：2
10．用一竖直向上的力将原来在地面上静止的货物向上提起，货物由地面运动至最高点的过程中，利用传感器记录货物的速度时间图像如图，则（　　）
A．0～3 s内拉力功率恒定不变
B．5～7 s内货物处于超重状态
C．5～7 s内运动过程中，货物的机械能增加
D．0～3 s内的平均速度比5～7 s内的平均速度小
11．关于下列力的说法中，正确的是（　　）
A．物体受摩擦力时一定受弹力，而且这两个力的方向一定相互垂直
B．运动物体所受摩擦力的方向一定和它运动方向相反
C．同一对作用力与反作用的大小有时也可能不相等
D．处于完全失重状态下的物体不受重力作用
12．物体做自由落体运动的过程中，下列说法不正确的是
A．物体处于完全失重状态 B．物体的重力势能越来越小
C．物体的加速度保持不变 D．物体的速度变化量保持不变
13．质量为m的物体P置于倾角为θ1的固定光滑斜面上，轻细绳跨过光滑定滑轮分别连接着P与小车，P与滑轮间的细绳平行于斜面，小车以速率v水平向右做匀速直线运动。当小车与滑轮间的细绳和水平方向成夹角θ2时（如图），下列判断正确的是（　　）
A．P的速率为v B．P的速率为vsin θ2 C．P处于超重状态 D．P处于失重状态
14．如图所示，系留无人机是利用地面直流电源通过电缆供电的无人机，旋翼由电动机带动。现有质量为、额定功率为的系留无人机从地面起飞沿竖直方向上升，经过到达高处后悬停并进行工作。已知直流电源供电电压为，若不计电缆的质量和电阻，忽略电缆对无人机的拉力，则（　　）
A．空气对无人机的作用力始终大于或等于
B．直流电源对无人机供电的额定电流为
C．无人机上升过程中消耗的平均功率为
D．无人机上升及悬停时均有部分功率用于对空气做功
15．如图，a、b是正在不同轨道上绕地心做匀速圆周运动的两颗卫星，它们的运行周期分别为Ta和Tb，下列判定正确的是（　　）
A．a、b均处于超重状态
B．Ta>Tb
C．a、b的运行速率之比为
D．a、b的轨道半径之比为
16．如图，电梯内重为10N的物体悬挂在弹簧测力计上．某时刻，乘客观察到测力计示数变为8N，则电梯可能（ ）
A．匀加速向上运动 B．匀减速向上运动
C．匀加速向下运动 D．匀减速向下运动
17．一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”）．
18．一质量为m的人站在电梯中，电梯加速上升，加速大小为g，g为重力加速度。人对电梯底部的压力为______，此时人处于____状态（填“超重”或“失重”）。
19．如图所示，长L＝1.6m、质量M＝2kg的木板静置于光滑水平面上，质量m＝1kg的小物块放在木板的右端，木板和物块间的动摩擦因数μ＝0.2。现对木板施加一水平向右的拉力F，取g＝10m/s2。
(1)求使物块不掉下去的最大拉力F；
(2)如果把这个板块模型放到竖直方向运动的升降机里，作用在木板上的拉力F＝12N恒定不变，要使物块不相对木板滑动，升降机的加速度ay应满足什么条件？如果升降机在下降，则升降机做什么性质的运动？
20．一个质量为m物体放在台式弹簧秤上，受到的支持力为FN，对台秤的压力为FN′：
(1)画出物体的受力分析示意图；
(2)试证明物体静止时对弹簧秤的压力大小等于物体所受的重力大小；（证明时，请在图上标出所涉及的力）
(3)若把物体和台秤放在加速上升的电梯里，请说明台秤的示数是否等于重力，如果不等，比重力大还是小。
21．质量M＝50 kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，测力计下挂着一个质量m＝1 kg的物体A．在升降机运动的某段时间内，人看到弹簧测力计的示数为8 N．g取10 m/s2．
（1）求此时升降机加速度的大小和方向；
（2）求此时人对地板的压力大小；
（3）请你判断此时升降机在向上运动还是在向下运动，升降机处于超重状态还是失重状态．
22．某航空公司的一架客机，在正常航线上作水平飞行时，由于突然受到强大垂直气流的作用，使飞机在10ｓ内高度下降1700ｍ造成众多乘客和机组人员的伤害事故，如果只研究飞机在竖直方向上的运动，且假定这一运动是匀变速直线运动．试计算：
（1）飞机在竖直方向上产生的加速度多大?方向怎样?
（2）乘客所系安全带必须提供相当于乘客体重多少倍的竖直拉力，才能使乘客不脱离座椅？（ｇ取10ｍ／ｓ２）
（3）未系安全带的乘客，相对于机舱将向什么方向运动?最可能受到伤害的是人体的什么部位?
（注：飞机上乘客所系的安全带是固定连结在飞机座椅和乘客腰部的较宽的带子，它使乘客与飞机座椅连为一体）
参考答案
1．D
【解析】
A．d点处做向心运动，向心加速度方向指向地心，应处于失重状态，A错误；
B、由a到c由于空气阻力做负功，动能减小，由c到e过程中只有万有引力做功，机械能守恒，a、c、e点时速度大小应该满足，B错误；
C、在d点时合力等于万有引力，即
故加速度大小
C错误；
D、第一宇宙速度是最大环绕速度，其他轨道的环绕速度都小于第一宇宙速度，D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A、在A位置，物块的合外力指向圆心，即合力不为零，不是处于平衡状态，故A错误；
B、在B位置，向心力由摩擦力提供，摩擦力水平向左，物块有向右运动的趋势，故B正确；
C、在C位置，物块的重力和木板对物块的支持力的合力提供向心力，因此物块对木板的压力小于物块的重力，故C错误；
D、从A到B过程中，物块有向上的分加速度，处于超重状态，从B到C过程中，物块有向下的分加速度处于失重状态，故D错误；
故B正确；
3．C
【解析】
A．火箭受到重力和空气阻力以及内部燃料喷出时的作用力，选项A错误；
B．火箭加速向上，故处于超重状态，选项B错误；
C．火箭喷出的热气流对火箭的作用力与火箭对热气流的作用力为作用力和反作用力，二者大小相等，选项C正确；
D．保温泡沫塑料从箭壳上自行脱落后，由于具有向上的速度，故做竖直上抛运动，选项D错误。
故选C。
4．A
【解析】
由于升降机向上加速运动，因此人处于超重状态，对地板的压力大于其本身的重力，因此对地板的压力可能为700N，A正确，BCD错误。
故选A。
5．B
【解析】
A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时既不失重也不超重，选项A错误；
B．人乘坐电梯加速向下运动时，加速度向下，则处于失重状态，选项B正确；
C．举重运动员举起杠铃不动时既不失重也不超重，选项C错误；
D．司机在水平公路上刹车时，加速度在水平方向，竖直方向的加速度为零，则司机既不失重也不超重，选项D错误。
故选B。
6．D
【解析】
A．由于s-t图像的斜率表示速度，可知在0~t1时间内速度增加，即乘客的加速度向下，处于失重状态，则FNB．在t1~t2时间内速度不变，即乘客的匀速下降，则FN=mg，选项B错误；
CD．在t2~t3时间内速度减小，即乘客的减速下降，超重，则FN>mg，选项C错误，D正确；
故选D。
7．B
【解析】
AB．由a到b的加速度为g，有
由b到c加速度大小为a，有
可得
a=2g
方向向上，即从b到c，游客处于超重状态，跳楼机的加速度大小为2g，故A错误，B正确；
C．从a到c，根据动能定理有：
其中
，
则
所以除重力外的力做的功为-3mgh，故C错误；
D．到b点的速度为
则运动到b点时，游客重力的瞬时功率为，故D错误。
故选B。
8．B
【解析】
AD．地球对宇航员的引力全部作为了人做圆周运动所需要的向心力，产生了向心加速度，并不是地球对宇航员没有引力，AD错误；
BC．地球对宇航员的引力全部作为了人做圆周运动所需要的向心力，此时宇航员处于失重状态，B正确C错误．
故选B。
9．D
【解析】
A．球b下落过程中，做圆周运动，速度不断增大，而竖直方向的速度先增大后减小，即竖直加速度先向下后向上，小球处于先失重后超重，故A错误；
B．b球速度增大，根据可知，向心加速度增大，故B错误；
C．当球b摆到O点正下方时，球a对地面的压力大小为其重力的，则
F+FN=mag
解得
F＝mag
球b所受的向心力为
F向=F-mbg=mag?mbg
故C错误；
D．设Ob绳长为l，在下落过程中，根据动能定理可知
则
联立解得
ma：mb=9：2
故D正确。
故选D。
10．C
【解析】
A．0～3s内拉力恒定但是速度一直正大，所以功率增大，故A不符合题意；
B．由图像可知5～7s货物向上减速，加速度向下处于失重状态，故B不符合题意；
C．5～7s拉力向上做正功，所以货物机械能增加，故C符合题意；
D．根据推论可知0～3 s内的平均速度和5～7 s内的平均速度都等于3 m/s，故D不符合题意。
故选C。
11．A
【解析】
A．根据摩擦力产生条件可知受摩擦力时一定受弹力；弹力方向垂直接触表面，摩擦力方向与接触表面相切，所以这两个力的方向一定相互垂直，故A正确；
B．运动物体所受摩擦力的方向一定和它相对运动方向相反，当摩擦力为动力时，摩擦力的方向与运动方向相同，故B错误；
C．同一对作用力与反作用的大小都是相等的，故C错误；
D．完全失重状态下的物体只受重力作用，故D错误；
故选A。
12．D
【解析】
【详解】
A. 做自由落体运动的物体具有向下大小为g的加速度，物体处于完全失重状态，故A正确；
B. 物体做自由落体运动的过程中，高度不断下降，根据重力势能公式EP=mgh，可知，物体的重力势能不断减小，故B正确；
C. 因只受重力，根据牛顿第二定律可知，物体的加速度为g，保持不变，故C正确；
D. 物体的速度变化量△v=gt，逐渐增大，故D错误．
本题选择错误答案，故选D
13．C
【解析】
AB．将小车的速度v进行分解如图所示：
则有
选项AB错误；
CD．小车向右运动，减小，v不变，则vp逐渐增大，说明物体P沿斜面向上做加速运动，处于超重状态，选项C正确，D错误。
故选C。
14．BD
【解析】
【分析】
【详解】
A．无人机先向上加速后减速，最后悬停，则空气对无人机的作用力先大于200N后小于200N，最后等于200N，选项A错误；
B．直流电源对无人机供电的额定电流
选项B正确；
C．若空气对无人机的作用力为
F=mg=200N
则无人机上升过程中消耗的平均功率
但是由于空气对无人机向上的作用力不是一直为200N，则选项C错误；
D．无人机上升及悬停时，螺旋桨会使周围空气产生流动，则会有部分功率用于对空气做功，选项D正确。
故选BD。
15．BD
【解析】
【分析】
【详解】
A．a、b均做匀速圆周运动，加速度向下指向地心，故处于失重状态，故A错误；
B．根据万有引力提供向心力
解得
由图可知
所以
故B正确；
C．根据
解得
故C错误；
D．根据
解得
故D正确。
故选BD。
16．BC
【解析】
试题分析：因F=8N考点：牛顿第二定律的应用
17．小于 失重
【解析】
【分析】
【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。
18． 超重
【解析】
【分析】
【详解】
[1]对人受力分析，受重力和电梯的支持力，加速度向上，根据牛顿第二定律
N-mg=ma
故
[2]根据牛顿第三定律，人对电梯的压力等于电梯对人的支持力，故人对电梯的压力等于，对电梯的压力大于本身重力，故处于超重。
19．(1)F＝6N；(2)若要不滑动，要求升降机的加速度ay≥10m/s2，方向竖直向上；如果升降机在下降，则升降机在以ay≥10m/s2的加速度匀减速下降
【解析】
【分析】
【详解】
(1)物块不掉下去的最大拉力，其存在的临界条件必是物块与木板具有共同的最大加速度a1。
对物块，最大加速度
对整体，使物块不掉下去的最大拉力
F＝(M＋m)a1=6N
(2)当F＝12N时，若物块不掉下，设整体的水平加速度为a2
F＝(M＋m)a2
解得
a2＝4m/s2
物块此时受最大静摩擦力
fm=ma2=μFN
解得
FN=20N
物块处于超重状态，设恰好不滑动时，升降机竖直方向的加速度为a3，以竖直向上为正方向，则
FN-mg=ma3
解得
a3=10m/s2
若要不滑动，要求升降机的加速度
ay≥10m/s2
方向竖直向上。如果升降机在下降，则升降机在以ay≥10m/s2的加速度匀减速下降。
20．(1)见解析；(2)证明过程见解析；(3)不等，大于
【解析】
【分析】
【详解】
(1)物体受重力和支持力
(2)证明：因为物体处于平衡状态
根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力
所以
(3)加速上升的电梯处于超重状态，此时物体对台秤的压力不等于物体所受重力，因此台秤的示数不等于重力。由于超重状态时物体对支持物的压力大于物体所受重力，即显示重量大于实际重量，所以台秤的示数比重力大。
【点睛】
平衡状态下合外力为0、通过牛顿第三定律进行相互作用力的转换、加速上升的电梯处于超重状态。
21．（1）2 m/s2，方向竖直向下（2）400 N（3）失重
【解析】
设向下为正方向
（1）以物体A为研究对象，它受到竖直向下的重力mg、竖直向上的拉力F作用
根据牛顿第二定律mg－F＝ma
代入数据，解得升降机的加速度大小a＝2 m/s2，方向竖直向下
（2）以人为研究对象，它受到竖直向下的重力Mg、竖直向上的支持力N作用
根据牛顿第二定律Mg－N＝Ma
代入数据，解得N＝400 N
根据牛顿第三定律，此时人对地板的压力大小为400 N
（3）升降机可能在向上运动，也可能在向下运动．升降机处于失重状态．
点睛：注意当加速度向下时物体失重，加速度向上时物体超重；发生失重或超重时速度方向不能确定.
22．（1）34ｍ／ｓ２，方向竖直向下（2）2．4（倍）（3）人对飞机将向上运动，会使头部受到严重伤害
【解析】
【详解】
（1）飞机原先是水平飞行的，由于垂直气流的作用，飞机在竖直方向上的运动可看成初速度为零的匀加速直线运动，根据h=at2，得 ，代入h=1700m，t=10s，得
方向竖直向下．
（2）飞机在向下做加速运动的过程中，若乘客已系好安全带，使机上乘客产生加速度的力是向下重力和安全带拉力的合力．设乘客质量为m，安全带提供的竖直向下拉力为F，根据牛顿第二定律
F+mg=ma
得安全带拉力
F=m（a-g）=m（34-10）N=24m（N），
安全带提供的拉力相当于乘客体重的倍数
（倍）．
（3）若乘客未系安全带，飞机向下的加速度为34m/s2，人向下加速度为10m/s2，飞机向下的加速度大于人的加速度，所以人对飞机将向上运动，会使头部受到严重伤害．