4.6 超重和失重 —【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册练习

第四章
第六节
超重和失重
同步练习
【基
础
训
练】
1．物体在共点力作用下，下列说法中正确的是(　　)
A．物体的速度在某一时刻等于零，物体就一定处于平衡状态
B．物体相对另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态
C．物体所受合力为零，就一定处于平衡状态
D．物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态
解析：选C　某一时刻速度为零的物体，受力不一定为零，故不一定处于平衡状态，A错；物体相对于另一物体静止时，该物体不一定静止，如当另一物体做变速运动时，该物体也做变速运动，此物体处于非平衡状态，故B错；C选项符合平衡条件的判断，为正确选项；物体做匀加速运动，所受合力不为零，故不是平衡状态，D错。
2．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．蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
C．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
D．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
解析：选B　从受力上看，失重物体所受合外力向下，超重物体所受合外力向上；从加速度上看，失重物体的加速度向下，而超重物体的加速度向上。A、C、D中的各运动员所受合外力为零，加速度为零，只有B中的运动员处于失重状态。
3．某研究性学习小组，为探究电梯启动和制动时的加速度大小，小明同学站在体重计上乘电梯从1层到10层，之后又从10层返回到1层，并用照相机进行记录，请认真观察分析下列图片，得出正确的判断是(　　)
第3题图
A．根据图2和图3，可估测电梯向上启动时的加速度
B．根据图1和图2，可估测电梯向上制动时的加速度
C．根据图1和图5，可估测电梯向下制动时的加速度
D．根据图4和图5，可估测电梯向下启动时的加速度
解析：选C　图1显示该同学实际的体重，图2显示向上加速超重时的示数，图3显示向上减速失重时的示数，图4显示向下加速失重时的示数，图5显示向下减速超重时的示数，综合图片可知，图1和图3或图5可估测电梯制动时的加速度，图1和图2或图4可估测电梯启动时的加速度，故C正确。
4.蹦极是一种极限体育项目，可以锻炼人的胆量和意志。运动员从高处跳下，弹性绳被拉展前做自由落体运动，弹性绳被拉展后在弹性绳的缓冲作用下，运动员下落一定高度后速度减为零。在这下降的全过程中，下列说法中正确的是(　　)
A．弹性绳拉展前运动员处于失重状态，弹性绳拉展后运动员处于超重状态
B．弹性绳拉展后运动员先处于失重状态，后处于超重状态
C．弹性绳拉展后运动员先处于超重状态，后处于失重状态
D．运动员一直处于失重状态
解析：选B　以重力和弹力大小相等为临界点，临界点以上为失重，临界点以下为超重，故B选项正确。
【能
力
提
高】
5．（多）小军在校秋季运动会上跳过了1.8
m的高度，夺得了男子组跳高冠军，则小军(　　)
A．在下降过程中处于失重状态
B．离地后的上升过程中处于超重状态
C．起跳过程中，地面对他的平均支持力大于他受到的重力
D．起跳过程中，地面对他的平均支持力小于他受到的重力
解析：　
答案：　AC
6.在“天宫一号”实验舱内，只见指令长聂海胜轻盈地盘起了腿，来了个悬空打坐。对此，下列说法正确的是(　　)
A．聂海胜能够盘起腿悬空打坐，是因为聂海胜不受重力
B．聂海胜能够盘起腿悬空打坐，是因为聂海胜所受合力为零
C．聂海胜能够盘起腿悬空打坐，是因为聂海胜所受重力与浮力大小相等、方向相反
D．聂海胜能够盘起腿悬空打坐，是因为聂海胜处于完全失重状态
解析：选D　聂海胜在“天宫一号”实验舱内，随实验舱一起绕地球运动，处于完全失重状态，故可以轻盈地盘起腿悬空打坐，D正确。
7．一个质量为3
kg的物体，被放置在倾角α＝30°的固定光滑斜面上，在如图3所示的甲、乙、丙三种情况下，物体能处于平衡状态的是(g＝10
m/s2)(　　)
图3
A．仅甲图　　　　　　　　
B．仅乙图
C．仅丙图
D．甲、乙、丙图
解析：选B　物体受三个力的作用，重力、支持力、拉力。重力沿斜面向下的分力大小为15
N，故只有乙图中能保持平衡，选项B正确。
8.在升降电梯内的地面上放一体重计，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4所示，则在这段时间内(　　)
图4
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晓敏的支持力
C．电梯一定在竖直向下运动
D．电梯的加速度大小为，方向一定竖直向下
解析：选D　体重计示数变小，是由于晓敏对体重计的压力变小了，而晓敏的重力没有改变，故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，故B错误。以竖直向下为正方向，有mg－F＝ma，即50g－40g＝50a，解得a＝，加速度方向竖直向下，但速度方向可能是竖直向上，也可能是竖直向下，故C错误，D正确。
9.
（多）如图5所示，质量为50
kg的小红同学站在升降机中的磅秤上，某一时刻她发现磅秤的示数为40
kg，则在该时刻升降机可能是以下列哪种方式运动(　　)
图5
A．匀速上升
B．加速上升
C．减速上升
D．加速下降
解析：选CD　小红同学处于失重状态，必有向下的加速度，即减速上升或加速下降，故C、D选项正确。
10．（多）在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力的传感器相连，当电梯从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动；传感器的屏幕上显示出其受的压力与时间的关系图像，如图6所示，则(　　)
图6
A．电梯启动阶段约经历了2.5
s的加速上升过程
B．电梯在启动阶段约经历了4
s加速上升过程
C．电梯的最大加速度约为6.7
m/s2
D．电梯的最大加速度约为16.7
m/s2
解析：选BC　由图可看出：电梯在0～4
s加速上升，4～18
s匀速上升，18～22
s减速上升，所以A错，B对；最大加速度a＝＝
m/s2≈6.7
m/s2，故C对D错。
11．(10分)某人在地面上最多能举起60
kg的重物，当此人站在以5
m/s2的加速度加速上升的升降机中，最多能举起多重的物体。(g取10
m/s2)
解析：当人在地面上举起重物时，对重物分析，由牛顿第二定律得
F－mg＝0
在升降机内举起重物时，由于升降机具有竖直向上的加速度，故重物也具有相同的竖直向上的加速度，而人对外提供的最大力是不变的，对重物由牛顿第二定律得
F－m′g＝m′a
所以，在加速上升的升降机内，人能举起的重物的最大质量为40
kg。
答案：40
kg
12．一质量为m＝40
kg的小孩站在电梯内的体重计上。电梯从t＝0时刻由静止开始上升，在0～6
s内体重计示数F的变化情况如图7所示。试问：在这段时间内小孩超、失重情况及电梯上升的高度是多少？(取重力加速度g＝10
m/s2)
图7
解析：小孩体重G＝400
N，由题图知，在0～2
s内，F1＝440
N，F1>G，电梯匀加速上升，小孩处于超重状态，此时有
a1＝＝1
m/s2，v＝a1t1＝2
m/s，
h1＝a1t＝2
m
在2～5
s内，F2＝400
N，F2＝G，电梯匀速上升，小孩处于平衡状态，此时有
h2＝vt2＝6
m
在5～6
s内，F3＝320
N，F3a3＝＝2
m/s2
又v－a3t3＝0，说明电梯在6
s末停止。
故h3＝t3＝1
m
所以电梯上升的高度为h＝h1＋h2＋h3＝9
m。
答案：见解析
13．质量为60
kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？人处于什么状态？(g取10
m/s2)
(1)升降机匀速上升；
(2)升降机以3
m/s2的加速度加速上升；
(3)升降机以4
m/s2的加速度加速下降．
解析：　人站在升降机中的体重计上，受力情况如图所示．
(1)当升降机匀速上升时，由牛顿第二定律得
F合＝FN－G＝0
所以人受到的支持力FN＝G＝mg＝600
N
根据牛顿第三定律得，人对体重计的压力就等于体重计的示数，即600
N，人处于平衡状态．
(2)当升降机以3
m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得FN－G＝ma
FN＝ma＋G＝m(g＋a)＝780
N
由牛顿第三定律得，此时体重计的示数为780
N，大于人的重力，人处于超重状态．
(3)当升降机以4
m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得
G－FN＝ma
FN＝G－ma＝m(g－a)＝360
N
由牛顿第三定律得，此时体重计的示数为360
N，小于人的重力，人处于失重状态．
答案：　(1)600
N　平衡状态　(2)780
N　超重状态　(3)360
N　失重状态
14.将金属块m用轻质弹簧卡压在一矩形箱中(如图8所示)，在箱的上底板和下底板有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动，当箱以a＝2.0
m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上、下底板压力传感器分别显示6.0
N和10.0
N(取g＝10
m/s2)。　
图8
(1)若上底板压力传感器示数为下底板压力传感器示数的一半，试判断箱的运动情况。
(2)要使上底板压力传感器示数为零，箱沿竖直方向的运动情况可能是怎样的？
解析：当上底板压力传感器示数为6
N，下底板压力传感器示数为10.0
N时，
对物体有：mg＋F上－F弹＝ma，
F弹＝F下代入数据得：m＝0.50
kg
(1)弹簧弹力不变mg＋F弹/2－F弹＝ma1，得a1＝0
箱静止或做匀速运动；
(2)上底板压力为零，取向上为正，则
F弹－mg＝ma2；代入数据得：a2＝10
m/s2，要使上底板示数为零，则箱向上的加速度大于或等于10
m/s2均可。此时箱向上加速运动或向下减速运动，并且加速度a≥10
m/s2。
答案：(1)静止或匀速运动　(2)向上加速或向下减速，加速度a≥10
m/s2