4.6 超重与失重 课时练习（含解析）

沪科版（2019）高中物理必修一第四章牛顿运动定律-第六节超重与失重课时练习
一、单选题
1．某同学研究超重和失重现象。将一矿泉水瓶底部钻一小孔后装满水，打开瓶盖，现将此矿泉水瓶竖直向上抛出，矿泉水瓶始终保持底部朝下，重力加速度大小为g，忽略空气阻力，则关于矿泉水瓶被抛出后，在空中运动的过程，下列说法正确的是（　　）
A．当矿泉水瓶向上运动时，底部有水漏出，向下运动时，底部没有水漏出
B．当矿泉水瓶向上运动时，底部没有水漏出，向下运动时，底部有水漏出
C．无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动，底部都有水漏出
D．无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动，底部都没有水漏出
2．有一种新的交通工具，为了增加乘客乘车的舒适度，座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅始终保持水平，如图所示，当此车减速上坡时，则乘客(仅考虑乘客与水平面之间的作用)（　　）
A．处于超重状态 B．不受摩擦力的作用
C．受到向后(水平向左)的摩擦力作用 D．所受合力竖直向上
3．如图所示，老师在讲“超重与失重”时，做了一个有趣的实验：在空雪碧瓶底四周钻几个小孔，盛满水后，让盛满水的雪碧瓶自由下落，则下落过程中可能出现的图是( )
A． B． C． D．
4．2011年7月20日，姚明宣布退役，9年NBA生涯让他成为世界一流中锋，给中国人争得了荣誉，也让更多的青少年爱上了篮球这项运动．姚明某次跳起投篮可分为下蹲、蹬地(加速上升)、离地上升、下落四个过程，忽略空气阻力，下列关于蹬地和离地上升两个过程的说法正确的是（ ）
A．两过程中姚明都处于超重状态 B．两过程中姚明都处于失重状态
C．前过程为超重，后过程为失重 D．前过程为失重，后过程为超重
5．如图(a)所示，在电梯箱内轻绳AO、BO、CO连接吊着质量为m的物体，轻绳AO、BO、CO对轻质结点O的拉力分别为F1、F2、F3.现电梯箱竖直向下运动，其速度v随时间t的变化规律如图(b)所示，重力加速度为g，则(　　)
A．在0～t1时间内，F1与F2的合力等于F3 B．在0～t1时间内，F1与F2的合力大于mg
C．在t1～t2时间内，F1与F2的合力小于F3 D．在t1～t2时间内，F1与F2的合力大于mg
6．某同学乘电梯从一楼到六楼，在电梯刚起动时（ ）
A．该同学处于超重状态 B．该同学处于失重状态
C．该同学的重力变大 D．该同学的重力变小
7．一名学生为了体验超重和失重的感觉，从一楼乘电梯到十五楼，又从十五楼下到一楼，他的感觉是（ ）
A．上楼时先超重，然后正常 B．上楼时先失重，然后正常，最后超重
C．下楼时先失重，然后正常 D．下楼时先失重，然后正常，最后超重
8．一枚玩具火箭由地面竖直向上发射，其速度和时间的关系如图所示，则（ ）
A．t2﹣t3时间内，玩具火箭在向下运动 B．t1﹣t2时间内，玩具火箭处于失重状态
C．t2时刻玩具火箭距地面最远 D．t3时刻玩具火箭距地面最远
9．如图所示，一人站在电梯中的体重计上，随电梯一起运动，下列各种情况中，体重计的示数最大的是（ ）
A．电梯匀速上升 B．电梯匀减速上升
C．电梯匀减速下降 D．电梯匀加速下降
10．某同学乘电梯下楼，电梯向下启动时，他有一种“飘飘然”的感觉，这是因为（　　）
A．他受到的重力变小了 B．他受到的重力变大了
C．他处于失重状态 D．他处于超重状态
11．将货物由静止竖直向上吊起，货物由地面运动至最高点的过程中，v-t图象如图所示．以下判断不正确的是（ ）
A．前3 s内货物处于超重状态 B．前3 s内与最后2 s内货物的平均速度相同
C．最后2 s内货物只受重力作用 D．第3 s末至第5 s末的过程中，货物处于平衡状态
12．从飞机起飞后，攀升过程中，假设竖直方向向上先做加速运动后做减速运动，该过程飞行员(　　)
A．一直处于失重状态 B．一直处于超重状态
C．先处于失重状态，后处于超重状态 D．先处于超重状态，后处于失重状态
二、填空题
13．某宇宙飞船中的宇航员的质量是60kg，起飞阶段向上的加速度是30m/s2，宇航员对坐椅向下的压力为_______________N；重返大气层阶段飞船向下做减速运动，则宇航员处于_______（填“超重”或“失重”）状态。（g=10m/s2）
14．如图，两位同学用弹簧测力计在电梯中做实险：他们先将测力计挂在固定于电梯壁的钩子上，然后将一质量为0.5kg的物体挂在测力计挂钩上。若电梯运动时测力计的示数为6.5N，则电梯加速度的大小为_____m/s2，加速度方向___________(选填“上”或“下”)。此时，电梯的运动情况可能是________或_______。
15．某人在地面上最多能举起质量为60kg的物体，而在一个竖直方向运动的电梯里，最多能举起质量为80kg的物体，那么此时电梯的加速度大小应为________m/s2，方向为__________（g=10m/s2）。
16．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”）。
三、解答题
17．一个质量是60kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一个弹簧秤，弹簧秤下面挂着一个质量为m=5kg的物体A，当升降机向上运动时，他看到弹簧秤的示数为40N，g取10m/s2，求：
(1)此时升降机的加速度的大小；
(2)此时人对地板的压力；
(3)电梯保持这个加速度运动2s恰好停止，求这两秒内电梯的平均速度大小。
18．一个质量为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。
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。
参考答案
1．D
【详解】
AB．抛出后在空中向上或向下运动的水瓶，只在重力的作用下运动，即处于失重状态，失重状态下的液体内部没有压力，所以水不会漏出来，故A、B错误；
CD．无论水瓶向上或者向下，或者向其他方向运动，瓶子都处于失重状态，瓶内液体内部没有压力，所以水不会漏出来；故C错误，D正确。
故选D。
2．C
【详解】
A．当此减速上坡时，整体的加速度沿斜面向下，乘客具有向下的分加速度，所以根据牛顿运动定律可知乘客处于失重状态，故A错误；
BC．对乘客进行受力分析，乘客受重力，支持力，由于乘客加速度沿斜面向下，而静摩擦力必沿水平方向，由于乘客有水平向左的分加速度，所以受到向后（水平向左）的摩擦力作用，故B错误，C正确；
D．由于乘客加速度沿斜面向下，根据牛顿第二定律得所受力的合力沿斜面向下，故D错误。
故选C。
3．A
【详解】
让盛满水的雪碧瓶自由下落，下落过程中雪碧瓶和水都做加速度为自由落体加速度的匀加速直线运动，处于完全失重状态，水与瓶之间没有线相互作用力，则水不会流出；故A正确，BCD错误。
故选A。
4．C
【详解】
姚明在蹬地的过程中，对地面的压力大于重力，从而使人产生向上的合力，所以此时，人处于超重状态；当离开地面后，人对地面就没有作用力了，处于完全失重状态，此时有向下的加速度，加速度的大小为重力加速度g．
故选C。
点评：当物体有向上加速度是，物体处于超重状态，有向下的加速度时处于失重状态，与物体运动方向无关．
5．D
【详解】
AC、对于轻质结点O，质量为0，则合力为零，可知F1、F2、F3三个力的合力为零，F1与F2的合力大小等于F3，方向相反。故AC错误．
B、在0～t1时间内，电梯厢向下做匀加速运动，加速度方向向下，物体处于失重状态，则F3D、在t1～t2时间内，加速度方向向上，则物块的合力向上，物体处于超重状态，则OC绳的拉力大于mg，综合AC分析可得，F1与F2的合力大于mg，D正确．
6．A
【详解】
A、某同学乘电梯从一楼到六楼，在电梯刚起动时，向上做加速运动，加速度向上，处于超重状态．故A正确，B错误
C、无论是超重或失重状态，物体所受到的重力并没有发生变化，只是对接触面的压力不和重力相等了，故C、D错误
故选A．
7．D
【详解】
上楼时，先向上加速，加速度方向向上，处于超重状态，再匀速，再向上减速，加速度方向向下，处于失重状态．故A、B错误；下楼时，先向向下加速，加速度方向向下，处于失重状态，再匀速，再向下减速，加速度方向向上，处于超重状态．故C错误，D正确．
8．D
【详解】
ACD．由于0～t3时间内火箭的速度始终为正，即其运动的方向保持不变，则知火箭始终向上运动，在t3时刻火箭距地面最远．故AC错误，D正确．
B．t1﹣t2时间内，火箭做匀加速直线运动，加速度向上，处于超重状态．故B错误．
故选D.
9．C
【详解】
电梯匀速上升，重力等于支持力，
N=mg
电梯匀减速上升、匀加速下降，加速度方向都向下，根据牛顿第二定律，
mg﹣N=ma
则
N=mg﹣ma＜mg．
电梯匀减速下降时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律有：
N﹣mg=ma
则
N=mg+ma＞mg．
因为支持力等于压力，压力等于体重计的示数，所以电梯匀减速下降时，体重计的示数最大．故C正确，A、B、D错误．
故选C．
10．C
【详解】
电梯向下启动时，有向下的加速度，此时人受到的支持力小于人的重力的大小，所以人处于失重状态，但是人的重力并没变，只是对电梯的压力变小了，故C正确，ABD错误。
11．C
【详解】
前3 s内货物向上做加速运动，处于超重状态，选项A正确；根据可知，前3 s内与最后2 s内货物的平均速度相同，均为，选项B正确； 最后2 s内货物做减速运动，故除受重力作用外还受向上的作用力，选项C错误；第3 s末至第5 s末的过程中，货物做运动运动，处于平衡状态，选项D正确；故选C．
12．D
【详解】
飞机攀升过程中，假设竖直方向向上先做加速运动后做减速运动，飞机向上加速的过程中加速度的方向向上，处于超重状态；飞机向上减速的过程中加速度的方向向下，处于失重状态．
故选D
13．2400 超重
【详解】
[1]设座椅对宇航员的支持力为FN，由牛顿第二定律可知
代入数据解得FN=2400N，根据牛顿第三定律可知宇航员对坐椅向下的压力为2400N；
[2]当飞船向下做减速运动时，加速度方向向上，故宇航员处于超重状态。
14．3 上 加速向上 减速向下
【详解】
[1]物体受重力和拉力，根据牛顿第二定律，有
代入数据得
解得
[2]由于弹力大于重力，则加速度方向向上；
[3][4]由于物体的加速度的方向向上，电梯可能加速向上或减速向下
15．2.5 竖直向下
【详解】
[1][2]．某人在地面上最多能举起质量为60kg的物体，而在一个竖直方向运动的电梯里，最多能举起质量为80kg的物体，说明在电梯内物体失重，加速度竖直向下；由牛顿第二定律：
mg-m0g=ma
解得：
16．小于 起立
【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。
17．(1)2m/s2；(2)480N，方向竖直向下；(3)2m/s
【详解】
(1)弹簧秤的示数大小等于弹簧秤对物体的拉力T，对物体受力分析由牛顿第二定律可得
解得：物体A的加速度大小
物体A加速度等于升降机加速度，则升降机加速度大小为，方向竖直向下。
(2)升降机的加速度等于人的加速度，设地板对人的支持力为FN，对人由牛顿第二定律可得
解得：地板对人的支持力
由牛顿第三定律可得，人对地板的压力为480N，方向竖直向下。
(3)停止前2秒时的速度大小
停止前2秒内的平均速度大小
18．(1)见详解；(2)证明过程见详解；(3)不等，大于
【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。
19．(1)600N(2)840N(3)300N
【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。