4.6超重和失重提升优化练习-2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册 Word版含答案

4.6超重和失重提升优化
一、单选题
1.下列划线物体处于完全失重状态的是（???
）
A.?龙清泉双手举起
的杠铃稳稳站立不动
B.?姚明投出去正在空中上升的篮球（忽略空气阻力）
C.?漂浮在水面的乒乓球
D.?已经落入泳池中的跳水运动员
2.李佳轩同学通过乘坐升降电梯体验超重和失重现象，并想象自由落体运动情况，然后得出下列结论，其中正确的是（??
）
A.?超重就是物体所受的重力增加了
B.?超重只存在于物体上升过程
C.?完全失重的物体不受重力作用
D.?物体所受重力与超重、失重状态无关
3.超重与失重是宇航员生活和工作中的两大难题．实际上，在我们的生活中也充满了超重和失重．假如某同学家住10楼，那么，他从一楼开始坐电梯回家的过程中，体验到的将是（??
）
A.?先超重，后等重，再失重???????????B.?先失重，后等重，再超重???????????C.?一直超重???????????D.?一直失重
4.如图，处于加速上升的电梯中的人站在一台秤上，关于台秤的示数，下列说法正确的是（??
）
A.?台秤示数一定等于人的重力
B.?台秤示数一定小于人的重力
C.?台秤示数一定大于人的重力
D.?台秤示数与电梯运动状态无关
5.2020年11月24日，嫦娥五号月球探测器于文昌航天发射场发射升空，历经23天并取得约2kg月壤后，于2020年12月17日顺利返回内蒙古四子王旗预定区域，标志着中国首次地外天体采样返回任务圆满完成。返回器在返回到达地球表面前的一段不太长的时间内，先作加速直线运动，后作减速直线运动。关于该段时间内返回器以及取回的月壤样本，下列说法正确的是（??
）
A.?返回器始终处于失重状态
B.?返回器先是处于超重状态，后处于失重状态
C.?月壤样本在月球表面的惯性和在地球表面的惯性一样大
D.?月壤样本在月球表面受到的重力和在地球表面受到的重力一样大
6.2020年12月17日凌晨“嫦娥五号”返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗着陆场顺利着陆，在回收过程中“嫦娥五号”返回器采取“半弹道跳跃方式”再次返回，并在降至地面10km处打开降落伞减速，从降落伞打开到返回至地面这一过程中，下列说法正确的是（??
）
A.?返回器下落过程中减速是因为降落伞对返回器的拉力大于返回器对降落伞的拉力
B.?打开降落伞后，返回器内的月球样品处于失重状态
C.?若返回器降落到地面附近时突然受到水平方向的风力作用，返回器在空中运动时间将变长
D.?若返回器受到的阻力与速度大小成正比，返回器做加速度减小的减速运动。
7.2020年11月24日我国发射了嫦娥五号月球探测器，探测器历经月面着陆、自动采样、月面起飞、月轨交会对接、再入返回等多个难关后，于12月17日携带月球样品成功返回地面。下列分析正确的是（??
）
A.?发射过程中探测器加速上升，探测器处于超重状态
B.?探测器减速返回地球的过程中处于失重状态
C.?探测器在环月轨道做圆周运动时处于超重状态
D.?探测器在月面上的重力比地面上小，故处于失重状态
8.图为广州二中趣味运动会的一个项目：学生从最低点竖直引体向上，到达最高点后再回到最低点，这就算完成一个引体向上。某个学生从0时刻开始的1s内完成一个引体向上，其重心运动情况如图乙所示。已知该生质量为50kg，重力加速度g取
，规定向上为正方向，则下列说法正确的是（??
）
?
A.?0时刻学生对横杆的拉力为500N
B.?0.2s末学生处于超重状态
C.?在0.7~0.8s内，手臂拉力小于学生重力
D.?0.9s末学生处于失重状态
9.两质量均为m的物块A、B用轻弹簧连接起来并用细线悬挂在升降机内，如图，当升降机匀速上升时，细线突然断裂，则在细线断裂瞬间，A、B的加速度分别为（取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g）（??
）
A.?
，0???????????????????????????B.?
，
???????????????????????????C.?
，
???????????????????????????D.?
，0
10.如图所示，高大的桥梁都会建造很长的引桥。引桥斜面与汽车之间的动摩擦因数为
，对引桥及引桥上行驶的汽车，下列说法正确的是（??
）
A.?汽车的重力根据其产生的效果可以分解为沿斜面的下滑力和对斜面的压力
B.?汽车沿引桥加速下行过程中处于超重状态
C.?建造很长的引桥的目的是减小引桥斜面的倾角从而减小汽车重力沿斜面向下的分力，以保证汽车上桥容易且下桥安全
D.?若引桥斜面与水平面所成的夹角为37°，则汽车在引桥上下行时关闭发动机后将加速下滑
11.如图甲所示。为了测量运动员跃起的高度，训练时可在弹性网上安装压力传感器，利用传感器记录弹性网的压力，并在计算机上做出压力－时间图像（F—t图像），假如做出的图像如图乙所示。设运动员在空中运动时可视为质点，不计空气阻力，下列说法正确的是（g取10m/s2）（??
）
A.?运动员在空中的时间为1s??????????????????????????????B.?1.1~2.3s中，当F最大时，运动员一定处于超重状态
C.?运动员跃起的最大高度为3.0m??????????????????????D.?运动员跃起的最大高度为7.2m
12.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
13.如图甲所示，静止在水平面上重力为F0的物块A受到竖直向上拉力F作用。F与时间t的关系如图乙所示。（??
）
A.?0﹣t0时间内拉力F对物体作的功不为零???????????????B.?2t0时刻物块速度最大
C.?2t0﹣3t0时间内物块处于失重状态?????????????????????
?D.?2t0与3t0时刻拉力F的功率相同
14.某同学把一体重秤放在电梯的地板上，他站在体重秤上随电梯运动并观察体重秤示数的变化情况．下表记录了几个特定时刻体重秤的示数．（表内时间不表示先后顺序）
时??
间
t0
t1
t2
t3
体重秤示数/kg
45.0
50.0
40.0
45.0
若已知t0时刻电梯静止，则下列说法错误的是（??
）
A.?t1和t2时刻该同学的质量并没有变化，但所受重力发生变化
B.?t1和t2时刻电梯的加速度方向一定相反
C.?t3时刻电梯可能向上运动
D.?t1和t2时刻电梯的加速度大小相等，运动方向不一定相反
15.如图所示，A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C（包括支架）的总重量M，B为铁片，质量为m，整个装置用轻绳悬于O点，当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力（??
）
A.?F=mg????????????????B.?Mg＜F＜（M+m）g????????????????C.?F=（M+m）g????????????????D.?F＞（M+m）g
16.如图所示，A为电磁铁，挂在支架C上，放在台秤的托盘中，在它的正下方有一铁块B．铁块静止时，台秤示数为G，当电磁铁通电，铁块被吸引上升的过程中（未与A接触前），台秤的示数将（??
）
A.?因为吸引力是内力，示数始终不变????????B.?先大于G，后小于G????????C.?一直大于G????????D.?一直小于G
二、综合题
17.某同学到“龙塔”参观，为了测量电梯运行的相关数据，该同学带了一个电子台秤，并站在台秤上观察台秤数据变化。电梯静止时他观察到台秤的示数为50kg。在启动时示数变为52.5kg，这个示数持续了10s后又恢复到50kg，电梯匀速运动了35s，靠近观光层时台秤的示数变为45kg，直到电梯到达观光台，g=10m/s2。求：
（1）电梯匀速运动时的速度大小；
（2）电梯减速的时间为多少；
（3）在图坐标中画出电梯运动全过程的v-t图象。
18.为了测量某住宅大楼每层的平均高度（层高）及电梯运行情况，甲、乙两位同学在一楼电梯内用电子体重计及秒表进行了以下实验：质量为m=50kg的甲同学站在体重计上，乙同学记录电梯从地面一楼到顶层全过程中，体重计示数随时间变化的情况，并作出了如图所示的图象．已知t=0时，电梯静止不动，从电梯内楼层按钮上获知该大楼共19层．g取10m/s2
，
求：
（1）电梯启动和制动的加速度大小；
（2）电梯上升的总高度及该大楼的层高．
19.一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重，一个可乘10多个人的环形座舱套在竖直柱子上由升降机先送上几十米的高处，然后让座舱自由落下，落到一定位置，制动系统启动，到地面时刚好停下，取重力加速度g=10m/s2
．
（1）上升过程，若升降机以1m/s2的加速度向上加速运动，质量为50kg的游客坐在竖直运动的座舱上，求此时该游客对座舱中水平座椅的压力大小．
（2）下落过程，座舱从70m高处开始下落，当下落到25m高处时开始制动，座舱做匀减速运动，到地面时刚好停下．求座舱减速过程中的加速度大小．
答案解析
1.【答案】
B
【解析】A．龙清泉双手举起
的杠铃稳稳站立不动时，杠铃处于平衡状态，既不失重，也不超重，A不符合题意；
B．姚明投出去正在空中上升的篮球（忽略空气阻力），只受重力作用，加速度为向下的g，处于完全失重状态，B符合题意；
C．漂浮在水面的乒乓球处于平衡状态，既不失重，也不超重，C不符合题意；
D．已经落入泳池中的跳水运动员，向下做加速运动，但是加速度小于g，不是完全失重状态，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】物体处于完全失重状态则是物体只受到重力的作用，其加速度等于重力加速度。
2.【答案】
D
【解析】A．超重就是物体对水平支持面的压力或者对竖直悬线的拉力大于重力，并不是所受的重力增加了，A不符合题意；
B．超重存在于加速度有竖直向上的分量的物体，不一定只存在上升过程，B不符合题意；
C．完全失重的物体，只是物体的视重为零，而受重力不变，C不符合题意；
D．物体所受重力与超重、失重状态无关，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】物体对接触面的压力大于重力时，物体处于超重状态，具有向上的加速度；物体对接触面的压力小于重力时，物体处于失重状态，具有向下的加速度；压力为零时，处于完全失重状态；G=mg，与超失重无关。
3.【答案】
A
【解析】上楼时，先向上加速，加速度方向向上，处于超重状态．后匀速，处于等重状态．最后向上减速，加速度方向向下，处于失重状态．A项正确，BCD三项．
故答案为：A
【分析】利用速度的方向和加减速可以判别加速度的方向；利用加速度的方向可以判别其人的超重和失重状态。
4.【答案】
C
【解析】电梯加速上升，则人的加速度向上，则人发生超重，即台秤示数一定大于人的重力；台秤示数与电梯运动状态有关，ABD不符合题意，C符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用加速度的方向可以判别压力的大小进而判别台秤的读数与电梯的运动状态有关。
5.【答案】
C
【解析】AB．返回器在返回到达地球表面前的一段不太长的时间内，先作加速直线运动，即速度向下，加速向下，后作减速直线运动，即速度向下，加速度向上，则返回器先是处于失重状态，后处于超重状态，AB不符合题意；
C．质量是惯性大小的标志，月壤样本的质量不变，月壤样本在月球表面的惯性和在地球表面的惯性一样大，C符合题意；
D．因为在地球表面和在月球表面的重力加速度不一样，而质量是一样的，根据
月壤样本在月球表面受到的重力和在地球表面受到的重力不一样，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】根据加速度的方向判断超重或者失重状态；惯性大小的唯一判断依据是质量大小；根据重力公式质量相同时重力的大小看重力系数。
6.【答案】
D
【解析】A．降落伞对返回器的拉力和返回器对降落伞的拉力是一对相互作用力，根据牛顿第三定律，两者大小相等，A不符合题意；
B．打开降落伞后，返回器向下减速，加速度向上，拉力大于重力，返回器及其内部的月球样品处于超重状态，B不符合题意；
C．受到水平方向的力，只会改变水平分运动，不会改变竖直方向的运动，不会改变运动时间，C不符合题意；
D．对返回器进行受力分析，受到向下的重力和向上的阻力，减速下降，阻力大于重力，由牛顿第二定律
可求得返回器的加速度
返回器向下减速，速度减小，阻力与速度成正比，阻力也减小，由上式知加速度减小，所以返回器做加速度逐渐减小的减速运动。D符合题意。
故答案为：D。
【分析】进行受力分析，根据牛顿第二定律判断拉力的变化情况；根据加速度的方向，判断超重和失重；水平受到阻力，不影响竖直方向的受力，所以竖直方向运动状态不受影响；阻力与速度成正比，速度加速，则阻力减少，根据牛顿第二定律分析加速度即可。
7.【答案】
A
【解析】A．发射过程中探测器加速上升，加速度向上，所以探测器处于超重状态。A符合题意；
B．探测器减速返回地球的过程中，加速度向上，处于超重状态，B不符合题意；
C．探测器在环月轨道做圆周运动时，重力完全提供向心力，处于完全失重状态,C不符合题意
D．探测器在月面上的重力比地面上小，但是超重失重是看加速度向上还是向下，探测器处于静止状态，既不是超重状态，也不是失重状态。D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】加速度向上，物体处于超重状态，加速度向下，物体处于失重状态。探测器在环月轨道做圆周运动时，重力完全提供向心力，处于完全失重状态。
8.【答案】
C
【解析】A．0时刻，学生向上做加速运动，合力向上，手臂拉力大于重力大于500N，所以A不符合题意；
B．0.2s末速度最大，加速度最小为0，则拉力等于重力，处于平衡状态，所以B不符合题意；
C．在0.7~0.8s内，学生向下做加速运动，合力向下，则手臂拉力小于学生重力，所以C符合题意；
D．0.9s末，学生向下做减速运动，合力向上，处于超重状态，所以D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】V-t图像斜率代表加速度大小，根据加速度的方向判断超重和失重。
9.【答案】
A
【解析】在细线断裂之前，对B得
在细线断裂瞬间，弹簧的弹力不能突变，B的受力情况不变，加速度不变即为0，对A有
故答案为：A。
【分析】连接体的受力分析，弹簧、细线连接模型，掌握细线断裂瞬间的受力分析原则“细线拉力消失，弹力不变”。
10.【答案】
C
【解析】A．重力产生的效果可以分解为沿斜面向下的分力和垂直斜面向下的分力，不是对斜面的压力，A不符合题意；
B．汽车沿引桥加速下行过程中，加速度沿斜面向下，汽车处于失重状态，B不符合题意；
C．设引桥与水平面的夹角为θ，根据汽车在引桥上的受力情况可知，重力沿引桥面方向的分力为mgsinθ，引桥越长，θ越小，mgsinθ越小，可以减小过桥车辆的重力在引桥面方向的分力，保证汽车上桥容易下桥安全，C符合题意；
D．若引桥斜面与水平面所成的夹角为37°，重力沿斜面向下的分力为mgsin37°=0.6mg
汽车所受的摩擦力为μmgcos37°=0.75×mg×0.8=0.6mg
汽车受力平衡，匀速下滑，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】重力不能分解为压力其作用对象不同；物体加速度向下时处于失重状态；利用摩擦力和重力的分力进行比较可以判别汽车受到的合力方向进而判别汽车的运动情况。
11.【答案】
B
【解析】A．由图知运动员在空中的最长时间为
A不符合题意；
B．1.1~2.3s图像表示，开始接触弹簧，一段时间弹力逐渐增加，一直到弹力与重力大小相等，此过程加速度方向向下，是失重；然后弹力大于重力一直到达弹力最大，此时加速度方向向上是超重；运动员触底后反弹，弹力逐渐减少一直到弹力等于重力，此过程加速度方向向上时超重；然后弹力小于重力，弹力继续减小一直到为零，此过程重力大于弹力，加速度方向向下，是失重，B符合题意；
CD．运动做竖直上抛运动，根据运动的对称性可知，跃起的最大高度为
代入数据解得
CD不符合题意。
故答案为：B。
【分析】利用没有弹力作用的时间可以求出运动员在空中运动的时间；利用加速度方向可以判别超重和失重；利用位移公式可以求出最大的高度。
12.【答案】
B
【解析】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．
故答案为：B．
【分析】利用加速度方向可以判别物体的超重和失重。
13.【答案】
D
【解析】解：A、在0﹣t0时间内拉力F小于物体的重力，物体静止不动，故拉力做功为零，A不符合题意；
B、由乙图可知，在t0﹣3t0时间内，拉力大于重力，故物体在这段时间内一直向上做加速度运动，故在3t0速度最大，B不符合题意；
C、2t0﹣3t0时间内，拉力大于重力，故物体向上做加速运动，处于超重状态，C不符合题意；
D、从t0﹣3t0物块向上做加速运动，由于拉力关于2t0对称，故加速度也是对称的，在t0﹣2t0和2t0﹣3t0都做加速运动，根据a﹣t图象可知在3t0时刻速度为2t0时刻速度的2倍，根据P＝Fv可知2t0与3t0时刻拉力F的功率相同，D符合题意；
故答案为：D。
【分析】结合拉力大小的变化情况，对物体进行受力分析，利用牛顿第二定律求解物体的加速度，物体具有向上的加速度，为超重状态；物体具有向下的加速度，为失重状态。
14.【答案】
A
【解析】解：A、t1时刻该同学处于超重状态，但重力和质量是不变的，故A错误；
B、t1时刻超重，故电梯的加速度方向向上；t2时刻失重，故电梯的加速度方向向下；故B正确；
C、t3时刻该同学受到的重力和支持力平衡，故受力平衡，可以向上做匀速直线运动，故C正确；
D、根据表格读数分析，t1时刻根据牛顿第二定律分析得知，电梯的加速度方向向上，t2时刻电梯的加速度方向向下，可能在t1时刻导体向上做加速运动，而t2时刻导体向上做减速运动．故D正确．
本题选择错误的，故选：A
【分析】根据表格读数分析，t1时刻物体处于超重状态，t2时刻物体处于失重状态，根据牛顿第二定律分析物体加速度的方向．发生超重与失重现象时，物体的重力没有变化．超重或失重取决于加速度的方向，与速度方向无关．
15.【答案】
D
【解析】解：当电磁铁通电前，绳的拉力应为（M+m）g；当电磁铁通电后，铁片被吸引上升．常识告诉我们，铁片被吸引，向电磁体运动靠近，其运动情况是变加速运动，即越靠近电磁铁，吸力越大，加速度越大．根据F=ma可知，此过程中超重，吸引力大于铁片重力．由于磁力，将整个电磁铁装置与铁片联系到一起．因为电磁铁吸引铁片的吸引力大于铁片的重力，则根据作用力与反作用力原理，铁片吸引电磁铁的力F'为F的反作用力，大小相等、方向相反，且作用在两个不同的物体上．所以，绳的拉力大于（M+m）g．所以选项D正确，ABC错误．
故选D
【分析】通电后，铁片被吸引上升．常识告诉我们，铁片被吸引，向电磁体运动靠近，其运动情况是变加速运动，即越靠近电磁铁，吸力越大，加速度越大，根据F=ma可知，此过程中超重．
16.【答案】
C
【解析】解：当电磁铁通电前，台秤示数应为G；当电磁铁通电后，铁片被吸引上升．铁片被吸引，向电磁体运动靠近，其运动情况是变加速运动，即越靠近电磁铁，吸力越大，加速度越大．根据F=ma可知，此过程中超重，吸引力大于铁片重力．由于磁力，将整个电磁铁装置与铁片联系到一起．因为电磁铁吸引铁片的吸引力大于铁片的重力，则根据作用力与反作用力原理，铁片吸引电磁铁的力F'为F的反作用力，大小相等、方向相反，且作用在两个不同的物体上．所以，台秤的示数一直大于G．所以选项C正确．
故选：C．
【分析】通电后，铁片被吸引上升．常识告诉我们，铁片被吸引，向电磁体运动靠近，其运动情况是变加速运动，即越靠近电磁铁，吸力越大，加速度越大，根据F=ma可知，此过程中超重．
17.【答案】
（1）解：电梯静止时他观察到台秤的示数为50kg，在启动时示数变为52.5kg，根据牛顿第二定律
，
知
加速时间为
，匀速直线运动速度为
（2）解：靠近观光层时台秤的示数变为45kg，则此时合力
解得
，
所以减速时间
（3）解：电梯运动全过程的v-t图象如图；
【解析】【分析】（1）起初电梯处于超重状态，结合示数，利用牛顿第二定律求解此时的加速度，再利用运动学公式求解末速度的大小；
（2）结合物体的初速度和减速所用的时间求解减速时的加速度；
（3）v-t图像中，横坐标为时间，纵坐标为速度，图像与时间轴所围成的面积是位移，图像的斜率是加速度，结合电梯的速度绘制即可。
18.【答案】
（1）解：对于启动状态有：F1﹣mg=mα1
代入数据得：α1=2m/s2
对于制动状态有：mg﹣F3=mα3
代入数据得：α3=2m/s2
即电梯启动时的加速度大小为2m/s2
，
制动时加速度大小也为2m/s2
．
答：电梯启动和制动的加速度大小都为2m/s2；
（2）解：电梯匀速运动的速度为：v=a1t1=2×1=2m/s
从图中读得，电梯运动的总时间t=28s，电梯匀速上升的时间t2=26s，加速运动时间为t1=1s，减速上升时间也为t3=1s．
所以总位移为：
层高为：
即该大楼的层高为3m．
答：电梯上升的总高度及该大楼的层高为3m
【解析】（1）从图象可以看出，电梯从2s末开始加速，3s末开始匀速，29s末开始减速，30s末停止，根据图象得到各个时间段的弹力，然后根据牛顿第二定律列式求解；（2）求出加速度后，根据速度时间公式和平均速度公式列式求解各时间段位移，最后得到楼高．
19.【答案】
（1）解：以游客为研究对象，对其受力分析，游客受到重力、座椅对游客的支持力．根据牛顿第二定律，有
??
F﹣mg=ma
代入数据解得：F=550N
根据牛顿第三定律知：该游客对座舱中水平座椅的压力
F′=F=550N
答：此时该游客对座舱中水平座椅的压力大小是550N．
（2）解：座舱开始制动前做自由落体运动，则有
v2=2gh
且
h=70m﹣25m=45m
解得：v=30m/s
座舱匀减速下降的位移
x=25m，根据速度位移公式可得
v2=2ax
解得：座舱减速过程中的加速度大小
a=18m/s2
答：座舱减速过程中的加速度大小是18m/s2
．
【解析】对每个过程进行正确的受力分析求出加速度，根据相关知识求解即可得出答案。