高中物理人教新课标版必修1： 超重与失重 补充练习（含解析）

考点练：超重与失重
1．下列哪个说法是正确的（　　）
A．体操运动员双手握住单杠在空中不动时处于失重状态
B．蹦床运动员在空中上升和下降过程中都处于失重状态
C．举重运动员在举起杠铃后的那段时间内处于超重状态
D．荡秋千的小孩通过最低点时对秋千板的压力小于其重力
2．2019年央视春晚加入了非常多的科技元素，在舞台表演中还出现了无人机。现通过传感器将某台无人机上升向前追踪拍摄的飞行过程转化为竖直向上的速度及水平方向速度与飞行时间的关系图象如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．无人机在t1时刻处于失重状态
B．无人机在0～t2这段时间内沿直线飞行
C．无人机在t2时刻上升至最高点
D．无人机在t2～t3时间内做匀变速运动
3．高空跳伞是空降兵的必修科目，在某次训练中，一空降兵从悬停在空中的直升飞机上自由跳下，从跳离飞机到落地的过程中空降兵沿竖直方向运动的v—t图像如图所示，最终空降兵以的速度落地。下列说法正确的是（　　）
A．0~tl时间内，空降兵所受阻力不断增大
B．t1~t2时间内，空降兵处于超重状态
C．t1~t2时间内，空降兵运动的加速度大小增大
D．t1~t2时间内，空降兵运动的平均速度大小
4．我国首个探月探测器“嫦娥四号”于2019年1月3日，成功降落在月球背面的艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内，震惊了世界。着陆前，探测器先在很接近月面、距月面高度仅为h处悬停，之后关闭推进器，经过时间 t 自由下落到月球表面。已知引力常量为G和月球半径为R。则下列说法正确的是（　　）
A．月球表面重力加速度大小为 B．探测器落地时的速度大小为
C．月球的平均密度为 D．探测器自由下落过程处于超重状态
5．很多智能手机都有加速度传感器。小明把手机平放在手掌上，打开加速度传感器，记录手机在竖直方向上加速度的变化情况。若手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机，手机屏幕上获得的图像如图甲所示。以下实验中手机均无翻转。下列说法正确的是
A．若将手机竖直向上抛出再落回手掌中，所得图像可能如图乙所示
B．若保持手托着手机，小明做下蹲动作，整个下蹲过程所得图像可能如图丙所示
C．若手托着手机一起由静止竖直向上运动一段时间后停止，所得图像可能如图丁所示
D．手机屏幕上的图像出现正最大值时，表明手机处于失重状态
6．在圆轨道上运行的国际空间站里，一宇航员A静止(相对空间舱)“站”于舱内朝向地球一侧的“地面”B上，如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．宇航员A不受地球引力作用
B．宇航员A所受地球引力与他在地面上所受重力相等
C．宇航员A与“地面”B之间无弹力作用
D．若宇航员A将手中一小球无初速(相对于空间舱)释放，该小球将落到“地面”B
7．随着我国国力的增强，农业将逐步实行现代化。一台"大疆”无人机在田间进行农药喷洒，无人机从地面静止起飞，竖直向上运动，然后悬停在空中，接着水平向前做加速运动，后匀速运动喷洒农药。关于这一系列过程，下列说法正确的是（　　）
A．竖直向上运动的过程中，无人机一直处于超重状态
B．水平向前加速时，空气对无人机的作用力竖直向上
C．水平向前加速时，空气对无人机的作用力大于无人机总重力
D．在水平方向匀速运动喷洒农药过程中，无人机（含内部未喷洒的农药）机械能保持不变
8．荡秋千是儿童喜爱的一项体育运动。图为小孩荡秋千运动到最高点的示意图，下列说法正确的是（不计空气阻力）（　　）
A．小孩运动到最高点时，小孩所受的合力为零
B．小孩从最高点运动到最低点过程做匀速圆周运动
C．小孩运动到最低点时处于超重状态
D．小孩运动到最低点时，绳子拉力提供小孩做圆周运动的向心力
9．一位同学站在升降机内台秤上相对台秤静止，发现台秤示数大于自己的体重，下列说法正确的是（　　）
A．升降机可能在加速上升 B．升降机可能在加速下降
C．秤对人的支持力大于人对秤的压力
D．人对秤的压力与秤对人的支持力是一对平衡力
10．在下面所介绍的各种情况中,哪种情况将出现超重现象(?? )
①荡秋千经过最低点的小孩
②汽车过凸形桥
③汽车过凹形桥
④在绕地球作匀速圆周运动的飞船中的仪器
A．①②
B．①③
C．①④
D．③④
11．若货物随升降机沿竖直方向运动的v-t图象如图所示，取竖直向上为正方向，则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图像可能是（　　）
、
A．B．
C．D．
12．起重机通过一绳子将货物向上吊起的过程中(忽略绳子的重力和空气阻力)，以下说法正确的是(　 　)
A．当货物匀速上升时，绳子对货物的拉力与货物对绳子的拉力是一对平衡力
B．无论货物怎么上升，绳子对货物的拉力大小都等于货物对绳子的拉力大小
C．无论货物怎么上升，绳子对货物的拉力大小总大于货物的重力大小
D．若绳子质量不能忽略且货物匀速上升时，绳子对货物的拉力大小一定大于货物的重力
13．如图所示，在一次健康检查中，小李蹲在体重计上突然站立，完成站立动作，下列F-t图象能反映体重计示数随时间变化的是（　　）
A． B． C． D．
14．“蹦极”是一项非常刺激的体育运动，某人身系弹性绳自高空中点由静止开始下落，如图所示，点是弹性绳的原长位置，点是人所能到达的最低位置，点是人静止悬挂时的平衡位置，则在人从点下落到点的过程中（ ）
A．在段，人做自由落体运动，处于完全失重状态
B．在段，绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态
C．在段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态
D．在点，人的速度为零，加速度也为零
15．一货箱随竖直升降机运动的速度—时间图象如图所示，取竖直向上为正方向，下列说法中正确的是（　　）
A．在t3时刻货箱运动到最高位置
B．在0~t1时间内，货箱所受合力不断变大
C．在t5~t7时间内，货箱处于失重状态
D．在t1~t2时间内，货箱的机械能可能保持不变
E.在t2~t3时间内，升降机对货箱做功的功率不断变小
16．如图所示为小明在玩蹦床的情景，其中A位置表示床面未受压力时的平衡位置，B位置是他从最高点直立下落的过程中脚压床面所到达的最低位置。若床面始终在弹性限度内，空气阻力及床面的质量均可忽略不计，将小明看成质点，对于他从最高点下落到最低点的过程，下列说法中正确的是（　　）
A．床面从A位置下降到B位置的过程中，小明的速度不断变小
B．床面在B位置时，小明所受合外力一定大于他所受的重力
C．床面从A位置下降到B位置的过程中，小明先处于失重状态后处于超重状态
D．小明从最高点运动到A位置的过程中重力对他所做的功，与他将床面压至B位置的过程中床面对他所做的功的绝对值一定相等
E.小明从最高点运动到将床面压至B位置的过程中，重力对他做的功与床面弹力对他做的功的绝对值相等
F.小明从最高点运动到将床面压至B位置的过程中，床面和小明（包含地球）所组成的系统机械能守恒
17．地球同步卫星绕地球运转的速度___________（填“大于”“小于”或“等于”）第一宇宙速度，若将一质量为10kg的物体用弹簧秤悬挂在同步卫星内，稳定时弹簧秤的读数为___________N。
18．如图甲所示，人站在力传感器上完成起立和下蹲动作。图乙中呈现的是力传感器的示数随时间的变化情况。图乙中a点，小明所受到的支持力______受到的重力（选填“大于”、“等于”或“小于”）；b点到c点的过程中，小明完成了______动作（选填“起立”或“下蹲”）。
19．质量是60kg的人站在升降机中的体重计上，如图所示。重力加速度g取10m/s2，当升降机做下列各种运动时，求体重计的示数
(1)匀速上升；
(2)以4m/s2的加速度加速上升；
(3)以5m/s2的加速度加速下降。
20．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，发现从电梯上升到静止的过程中，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 减速时的加速度为0.65m/s2，设该同学的质量为60kg，g=9.8m/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，电梯底面对该同学的支持力大小?
（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?
21．一木箱静止在地面上，木箱连同固定在箱子上的杆总质量为M，有一质量为m的环套在杆上，给环一初速度，使其沿杆向上减速运动，试求环向上运动的加速度多大时，才使箱子对地面的压力为零？
22．质量为50kg的人站在升降机内的体重计上．若升降机由静止上升的过程中，体重计的示数F随时间t的变化关系如图所示，g取10m/s2．
（1）求0—10s内升降机的加速度
（2）求20s时间内人上升的高度
参考答案
1．B
【解析】
A． 体操运动员双手握住单杠在空中不动时，处于平衡状态，故A错误；
B． 蹦床运动员在空中上升和下降过程中都只受重力作用，处于失重状态，故B正确；
C． 举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内，加速度为零，处于平衡状态，故C错误；
D． 荡秋千的小孩通过最低点时对加速度向上，合力向上，根据牛顿第三定律可知，对秋千板的压力大于其重力，故D错误。
故选B。
2．D
【解析】
A．依据图象可知，无人机在t1时刻，在竖直方向上匀加速直线运动，而水平方向则是匀减速直线运动，无人机有竖直向上的加速度，处于超重状态，不是失重状态，故A错误；
B.由图象可知，无人机在0～t2这段时间，竖直方向向上匀加速直线运动，而水平方向匀减速直线运动，那么合加速度与合初速度不共线，所以无人机做曲线运动，即无人机沿曲线上升，故B错误；
C.无人机在竖直方向，先向上匀加速直线，后向上匀减速直线运动，因此在t2时刻没有上升至最高点，故C错误；
D.无人机在t2～t3时间内，水平方向做匀速直线运动，而竖直向上方向做匀减速直线运动，因此合运动做匀变速运动，故D正确。
故选D。
3．B
【解析】
A．由速度时间图像可知，0~tl时间内，空降兵做匀加速运动，故其受到的阻力不变，故A错误；
B．t1~t2时间内，空降兵向下做减速运动，其加速度向上，故处于超重状态，故B正确；
C．速度时间图像的切线表示加速度，由图像可知，t1~t2时间内加速度不断减小，故C错误；
D．t1~t2时间内若空降兵做匀减速运动，则其平均速度为，由图像可知其位移小于匀减速运动的位移，故其平均速度，故D错误。
故选B。
4．C
【解析】
A．根据
得
故A错误；
B．根据
解得
故B错误；
C．根据月球表面的重力等于万有引力
解得月球质量
月球的平均密度
故C正确；
D．下落过程中，加速度向下，探测器处于失重状态，故D错误。
故选C。
5．A
【解析】
A．若手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机，手机先加速后减速，加速度先竖直向下，再竖直向上。由图甲可知加速度竖直向下时为负值。若将手机竖直向上抛出再落回手掌中，手机先竖直向上加速然后竖直上抛运动最后竖直向下减速，加速度方向先竖直向上然后竖直向下最后竖直向上，即先正然后负最后正，所得图像可能如图乙所示，故A正确；
B．若保持手托着手机，小明做下蹲动作，手机先竖直向下加速然后竖直向下减速，加速度方向先竖直向下然后竖直向上，即先负后正，整个下蹲过程所得图像不可能如图丙所示，故B错误；
C．若手托着手机一起由静止竖直向上运动一段时间后停止，手机先竖直向上加速最后竖直向上减速，加速度方向先竖直向上最后竖直向下，即先正最后负，所得图像不可能如图丁所示，故C错误；
D．手机屏幕上的图像出现正最大值时，说明加速度方向竖直向上，处于超重状态，故D错误。
故选A。
6．C
【解析】
A. 宇航员随国际空间站绕地球做匀速圆周运动，宇航员A仍受到地球引力作用．故A错误；
B. 根据万有引力定律可知，宇航员A与地球的距离大于地球半径，所以A所受地球引力小于他在地面上所受的重力．故B错误；
C. 国际空间站处于完全失重状态，则宇航员A与“地面”B之间无弹力作用．故C正确；
D. 宇航员相对于太空舱无初速释放小球，小球受地球的万有引力提供向心力，做圆周运动，不会落到“地面上”．故D错误．
故选C.
7．C
【解析】
A．竖直向上运动的过程中，无人机应先向上加速后向上减速，则无人机先处于超重后处于失重状态，故A错误；
BC．水平向前加速时，空气对无人机有水平方向的阻力，同时竖直方向的作用力与无人机的重力平衡，则空气对无人机的作用不是竖直向上，由平行四边形则可知，空气对无人机的作用力大于无人机总重力，故B错误，C正确；
D．在水平方向匀速运动喷洒农药过程中，水平方向空气阻力对无人机做负功，则机械能不守恒，故D错误。
故选C。
8．C
【解析】
A.小孩运动到最高点时，速度为零，受重力和绳子拉力作用，合力不为零，故选项A错误；
B.小孩从最高点运动到最低点过程中，重力做正功，线速度增大，选项B错误；
C.小孩运动到最低点时，具有向心加速度，方向竖直向上，故小孩处于超重状态，选项C正确；
D.小孩运动到最低点时，小孩的重力和绳子拉力的合力提供其做圆周运动的向心力，故选项D错误。
故选C。
9．A
【解析】
AB．台秤的示数大于人的体重，说明此时人处于超重状态，根据超重的条件可知此时人具有向上的加速度，由于人的初速度方向未知，故人可能向下做减速运动，也可能向上做加速运动，由于人与升降机运动情况相同，所以升降机可能向下做减速运动，也可能向上做加速运动，故A正确，B错误；
CD．人对秤的压力与秤对人的支持力是一对相互作用力，大小相等，方向相反，故C、D错误；
故选A。
10．B
【解析】
试题分析：①荡秋千经过最低点的小球，此时有向上的加速度，处于超重状态．②汽车过凸形桥最高点，加速度向下，处于失重状态；③汽车过凹形桥最低点，此时有向上的加速度，处于超重状态．④在绕地球做匀速圆周运动的飞船中的仪器，处于完全失重状态．故选B．
考点：失重与超重
【名师点睛】本题考查了学生对超重与失重现象的理解，要知道当物体对接触面的压力大于物体的真实重力时，就说物体处于超重状态，此时有向上的加速度；当物体对接触面的压力小于物体的真实重力时，就说物体处于失重状态，此时有向下的加速度；如果没有压力了，那么就是处于完全失重状态，此时向下加速度的大小为重力加速度g；掌握住超重与失重的判断依据，本题就可以解决了．
11．B
【解析】
根据速度时间图线可知，货物先向下做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得
mg-F=ma
解得
F=mg-ma＜mg
t1-t2时间内做匀速直线运动
F=mg
t2-t3时间内向下做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律得
F-mg=ma
解得
F=mg+ma＞mg
t3-t4时间内向上做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得
F-mg=ma
解得
F=mg+ma＞mg
根据图象可知t3-t4时间内和t2-t3时间内的加速度相同，所以这两段时间的F相同，
t4-t5时间内做匀速直线运动
F=mg
t5-t6时间内向上做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律得
mg-F=ma
解得
F=mg-ma＜mg
故B正确，ACD错误。
故选B。
12．B
【解析】
绳子对货物的拉力与货物对绳子的拉力是作用力和反作用力，故A错误；无论货物怎么上升，绳子对货物的拉力与货物对绳子的拉力总是作用力和反作用力，故它们大小相等，选项B正确；当货物减速上升时，加速度向下，绳子对货物的拉力大小一定小于货物的重力大小，此时货物处于失重状态，选项C错误；若绳子质量不能忽略且货物匀速上升时，绳子对货物的拉力大小一定等于货物的重力，故D错误．
13．D
【解析】
对人的运动过程分析可知，人下站立的过程可以分成两段：
人在加速站立的过程中，有向上的加速度，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；
在减速站立的过程中，加速度方向向下，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，选项ABC错误，D正确。
故选D。
14．AB
【解析】
A．从点下落到点的过程中，在段做自由落体运动，加速度为，方向竖直向下，处于完全失重状态，选项A正确；
B．在段人做加速度逐渐减小的加速运动，加速度方向竖直向下，绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态，选项B正确；
C．在段，绳的拉力大于人的重力，人做加速度逐渐增大的减速运动，加速度方向竖直向上，人处于失重状态，选项C错误；
D．在点，人的速度为零，加速度不为零，方向向上，选项D错误。
15．AE
【解析】
A．由图像可知，时间内货箱速度为正，向上运动；在时间内货箱速度为负，向下运动，则在t3时刻货箱运动到最高位置，故A正确；
B．图像中的斜率等于物体的加速度，则在时间内，图像中的斜率不变，即物体加速度不变，根据牛顿第二定律，货箱的合外力不变，故B错误；
C．在时间内，图像斜率为零，货箱的加速度为零，根据牛顿第二定律，货箱的合外力为零；在时间内，图像斜率为正，货箱的加速度方向向上，根据牛顿第二定律，货箱的合外力方向向上，物体处于超重状态，故C错误；
D．在时间内，货箱的速度不变，即动能不变；速度为正，向上运动，重力势能增加，货箱的机械能增加，故D错误；
E．升降机对货箱做功的功率
在时间内，图像中的斜率不变，即物体加速度不变，根据牛顿第二定律，货箱的合外力不变，由于速度减小，所以升降机对货箱做功的功率不断变小，故E正确。
故选AE。
16．BCEF
【解析】
【分析】
【详解】
A．刚接触床面时，弹力小于重力，合力向下，继续向下加速，故A错误；
B．床面在Ａ位置时，小明的加速度为ｇ，如果小明从Ａ位置静止向下运动，由简谐振动的对称性可知最低点的加速度也为ｇ，而此时由高处下落的最低点的位置比原位置更低，因此加速度更大，大于ｇ，因此合外力大于重力；故B正确；
C．小明接触床面前处于失重状态，即床面在A位置；小明刚接触床面到弹力与重力大小相等之前，弹力小于重力，合力向下，仍然处于失重状态；床面继续下降，弹力大于重力，合力向上，小明处于超重状态，故C正确；
DE．小明从最高点至B位置，根据动能定理
即
可知全程重力对他做的功与床面弹力对他做的功的绝对值相等，故D错误，E正确；
F．小明从最高点运动到将床面压至B位置的过程中，床面和小明（包含地球）所组成的系统不受除重力外的外力，故系统机械能守恒，故F正确。
故选BCEF。
17．小于 0
【解析】
【详解】
[1]地球同步卫星绕地球运转，万有引力提供向心力，有
解得
故轨道半径越大，线速度越小，同步卫星的轨道半径大于近地轨道，而在近地轨道上的环绕速度为第一宇宙速度，所以同步卫星运转速度小于第一宇宙速度。
[2]物体用弹簧秤悬挂在同步卫星内，处于完全失重状态，弹簧秤的读数为0。
18．小于 起立
【解析】
【详解】
[1]由图知，小明的重力为500N，图乙中a点，传感器的示数小于500N，则a点时，小明所受到的支持力小于受到的重力；
[2]由图知，b点到c点的过程中，小明受到的支持力先大于重力后小于重力，即加速度先向上后向下；起立过程人的加速度先向上后向下，下蹲过程人的加速度先向下后向上；所以b点到c点的过程中，小明完成了起立动作。
19．(1)600N(2)840N(3)300N
【解析】
【详解】
(1)匀速上升时，由平衡条件得：
FN1＝mg＝600N
由牛顿第三定律得：人对体重计压力为600N，即体重计示数为600N；
(2)加速上升时，由牛顿第二定律得：
FN2－mg＝ma1
解得
FN2＝mg＋ma1＝840N
由牛顿第三定律得：人对体重计压力为840N，即体重计示数为840N；
(3)加速下降时，由牛顿第二定律得：
mg－FN3＝ma3
解得
FN3＝mg－ma3＝300N
由牛顿第三定律得：人对体重计压力为300N，即体重计示数为300N。
20．（1）失重状态；（2）549N；（3）9.8m/s2。
【解析】
【详解】
（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，对手机，根据牛顿第二定律有：
代入数据解得：FN=549N
（3）电梯底面对人的支持力为零时，根据牛顿第二定律有：
解得：9.8m/s2
21．
【解析】
【详解】
解法一：如图所示，以小环为研究对象，设其与杆间作用力为f，加速度大小为a，则：
mg＋f＝ma
再对箱子分析受力列平衡方程：
FN＋f′＝Mg
f＝f′
令FN＝0，由以上各式解得
。
解法二：利用超重、失重法
小环有向下的加速度，处于失重状态，若失重部分恰等于整体重力，则箱子对地面压力为零，则：
ma＝(M＋m)g，
得：
22．（1）（2）
【解析】
试题分析：（1）由图象知，0-10s内体重计对人的支持力．
根据牛顿第二定律：，得：．
（2）0—10s内的位移为：
由图象知，10s-20s内体重计对人体的支持力，所以
所以这段时间内升降机做匀速运动，故这段时间内的位移为
故0s时间内人上升的高度
考点：考查了牛顿第二定律与图像