2024-2025學(xué)年高中物理第3章牛頓運(yùn)動(dòng)定律6超重與失重作業(yè)含解析教科版必修1

PAGE6-超重與失重(時(shí)間：40分鐘分值：100分)(15分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分)1．(多選)原來做勻速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)內(nèi)，有一被伸長的彈簧拉住的具有肯定質(zhì)量的物體A靜止在地板上，如圖所示，現(xiàn)在發(fā)覺A突然被彈簧拉向右方，由此可推斷此時(shí)升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)可能是()A．加速上升B．減速上升C．加速下降D．減速下降BC[物體A原來靜止，說明物體在水平方向和豎直方向都受力平衡，水平方向摩擦力與彈簧的彈力相平衡，豎直方向支持力與重力相平衡．現(xiàn)在發(fā)覺物體A被拉向右方，說明滑動(dòng)摩擦力小于彈簧的拉力，而滑動(dòng)摩擦力又與正壓力(或支持力)成正比，所以是支持力減小了，從而得出結(jié)論：物體A處于失重狀態(tài)，即有向下的加速度，故做向上減速或向下加速運(yùn)動(dòng)，所以A、D不正確．]2．如圖所示，在臺秤的托盤上放一個(gè)支架，支架上固定一電磁鐵A，電磁鐵A的正下方有一鐵塊B，電磁鐵A不通電時(shí)，臺秤的示數(shù)為G.某時(shí)刻接通電源，在鐵塊B被吸引起來的過程中，臺秤的示數(shù)將()A．不變 B．變大C．變小 D．忽大忽小B[許多同學(xué)認(rèn)為，當(dāng)鐵塊B被吸起時(shí)脫離臺秤，所以對臺秤的壓力消逝，臺秤的示數(shù)減小，從而錯(cuò)選C.其實(shí)，鐵塊B被吸起的過程是鐵塊B加速上升的過程，處于超重狀態(tài)，即整體處于超重狀態(tài)，所以整體對托盤的壓力大于整體的重力．故選項(xiàng)B正確．]3．如圖所示，小球的密度小于水的密度，球固定在彈簧的上端，彈簧的下端固定于杯底，它們完全浸沒在水中，當(dāng)裝置靜止時(shí)，彈簧的伸長量為Δx，當(dāng)整個(gè)裝置自由下落時(shí)，彈簧的伸長量將()A．仍為Δx B．小于ΔxC．大于Δx D．等于零D[當(dāng)整個(gè)裝置自由下落時(shí)，球、水都處于完全失重狀態(tài)，水對球的浮力為零，球?qū)椈傻膲毫榱?，所以Δx＝0，彈簧復(fù)原到原長，故選項(xiàng)D正確．]4．(多選)“蹦極”是一項(xiàng)特別刺激的運(yùn)動(dòng)，某人身系彈性繩由高空P點(diǎn)自由下落，圖中a點(diǎn)是彈性繩的原長位置，c點(diǎn)是人所能到達(dá)的最低點(diǎn)，b點(diǎn)是人靜止懸吊著時(shí)的平衡位置，人從P點(diǎn)落下到最低點(diǎn)c的過程中()A．人在Pa段做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)B．在ab段繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)C．在bc段繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)D．在c點(diǎn)，人的速度為0，其加速度為0AB[依據(jù)題中所供應(yīng)的信息，把物理情景轉(zhuǎn)化為一種物理模型，分析人的運(yùn)動(dòng)過程，結(jié)合超重、失重的概念來處理．人從P點(diǎn)到c點(diǎn)的過程中，Pa段做自由落體運(yùn)動(dòng)，加速度為g，方向豎直向下，處于完全失重狀態(tài)，選項(xiàng)A正確；ab段做加速度漸漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向下，處于失重狀態(tài)，選項(xiàng)B正確；bc段做加速度漸漸增大的減速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向上，處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在c點(diǎn)，拉力大于重力，加速度不為0，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．]5．(多選)如圖所示是某同學(xué)站在力板傳感器上做下蹲—起立的動(dòng)作時(shí)記錄的壓力F隨時(shí)間t改變的圖線．由圖線可知該同學(xué)()A．體重約為650NB．做了兩次下蹲—起立的動(dòng)作C．做了一次下蹲—起立的動(dòng)作，且下蹲后約2s起立D．下蹲過程中先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài)AC[當(dāng)該同學(xué)站在力板傳感器上靜止不動(dòng)時(shí)，其合力為零，即壓力讀數(shù)恒等于該同學(xué)的體重值，由圖線可知：該同學(xué)的體重約為650N，A正確；每次下蹲，該同學(xué)都將經(jīng)驗(yàn)先向下做加速(加速度方向向下)、后減速(加速度方向向上)的運(yùn)動(dòng)，即先經(jīng)驗(yàn)失重狀態(tài)，后經(jīng)驗(yàn)超重狀態(tài)，讀數(shù)F先小于體重，后大于體重；每次起立，該同學(xué)都將經(jīng)驗(yàn)先向上做加速(加速度方向向上)、后減速(加速度方向向下)的運(yùn)動(dòng)，即先經(jīng)驗(yàn)超重狀態(tài)，后經(jīng)驗(yàn)失重狀態(tài)，讀數(shù)F先大于體重，后小于體重．由圖線可知C正確，B、D錯(cuò)誤．]6．某同學(xué)為了探討超重和失重現(xiàn)象，將重為50N的物體帶進(jìn)豎直升降的電梯中，放置在壓力傳感器的水平載物面上，電梯由啟動(dòng)到停止的過程中，測得壓力(F)－時(shí)間(t)改變的圖像如圖所示，設(shè)在t1＝3s和t2＝8s時(shí)電梯的速度分別為v1和v2，由此他做出推斷()A．電梯在上升，v1>v2B．電梯在上升，v1<v2C．電梯在下降，v1<v2D．電梯在下降，v1>v2B[物體最終靜止時(shí)對地面的壓力等于重力，所以依據(jù)牛頓其次定律可知，0～4s電梯向上加速，4～14s勻速，14～18s向上減速，18s后靜止．在t1＝3s時(shí)物體仍舊做加速運(yùn)動(dòng)，所以t1時(shí)刻的速度小于t＝4s時(shí)的速度，而t2＝8s時(shí)電梯的速度等于t＝4s時(shí)的速度，所以v1<v2，故選B.]二、非選擇題(14分)7．質(zhì)量為60kg的人，站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，升降機(jī)做下列各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，體重計(jì)的讀數(shù)是多少？(g取10m/s2)(1)升降機(jī)勻速上升；(2)升降機(jī)以4m/s2的加速度加速上升；(2)升降機(jī)以5m/s2的加速度加速下降．[解析]人站在升降機(jī)中，體重計(jì)上受力狀況如圖所示．(1)當(dāng)升降機(jī)勻速上升時(shí)，a＝0由牛頓其次定律知，N－mg＝0所以N＝mg＝600N由牛頓第三定律，人對體重計(jì)的壓力，即體重計(jì)的示數(shù)為600N.(2)當(dāng)升降機(jī)以4m/s2的加速度加速上升時(shí)，有N－mg＝ma所以N＝m(g＋a)＝840N由牛頓第三定律，人對體重計(jì)的壓力，即體重計(jì)的示數(shù)為840N(超重狀態(tài))．(2)當(dāng)升降機(jī)以5m/s2的加速度加速下降時(shí)，此時(shí)a的方向向下，有mg－N＝ma所以N＝m(g－a)＝300N由牛頓第三定律，人對體重計(jì)的壓力，即體重計(jì)的示數(shù)為300N(失重狀態(tài))．[答案](1)600N(2)840N(3)300N(25分鐘50分)一、選擇題(本題共4小題，每小題6分)1．(多選)如圖所示，小球B放在真空正方體容器A內(nèi)，球B的直徑恰好等于A的內(nèi)邊長，現(xiàn)將它們以初速度v0豎直向上拋出，下列說法中正確的是()A．若不計(jì)空氣阻力，下落過程中，B對A沒有彈力B．若考慮空氣阻力，上升過程中，A對B的彈力向下C．若考慮空氣阻力，下落過程中，B對A的彈力向上D．若不計(jì)空氣阻力，上升過程中，A對B有向上的彈力AB[將容器以初速度v0豎直向上拋出后，若不計(jì)空氣阻力，以整體為探討對象，依據(jù)牛頓其次定律得到加速度為g，再以容器A為探討對象，上升和下落過程其合力等于其重力，則B對A沒有壓力，A對B也沒有支持力，故A正確，D錯(cuò)誤；若考慮空氣阻力，以整體為探討對象，依據(jù)牛頓其次定律得到：上升過程加速度大于g，再以球B為探討對象，依據(jù)牛頓其次定律分析：B受到的合力大于重力，B除受到重力外，還應(yīng)受到向下的壓力，A對B的壓力向下，故B正確；若考慮空氣阻力，以整體為探討對象，依據(jù)牛頓其次定律得到：下落過程加速度小于g，再以B為探討對象，依據(jù)牛頓其次定律分析：A受到的合力小于重力，B除受到重力外，還應(yīng)受到向上的力，即A對B的支持力向上，B對A的壓力向下，故C錯(cuò)誤．]2．(多選)如圖所示，斜面體M始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)物體m沿斜面下滑時(shí)，下列說法正確的是()A．勻速下滑時(shí)，M對地面的壓力等于(M＋m)gB．加速下滑時(shí)，M對地面的壓力小于(M＋m)gC．勻減速下滑時(shí)，M對地面的壓力大于(M＋m)gD．M對地面的壓力始終等于(M＋m)gABC[物體加速下滑時(shí)整個(gè)系統(tǒng)有豎直向下的加速度重量而出現(xiàn)失重現(xiàn)象，故B正確．物體勻減速下滑時(shí)系統(tǒng)存在豎直向上的加速度重量，處于超重狀態(tài)，故C正確．勻速下滑時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，故A正確．]3．如圖所示，臺秤上放置盛水的杯子，杯底用細(xì)線系一木質(zhì)小球，若細(xì)線突然斷裂，則在小木球上浮到水面的過程中，臺秤的示數(shù)將()A．變小B．變大C．不變D．無法推斷A[將容器和木球視為整體，整體受臺秤豎直向上的支持力和豎直向下的重力．當(dāng)細(xì)線被剪斷后，其實(shí)際效果是：在木球向上加速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，木球上方與木球等體積的水球，將以同樣大小的加速度向下加速流淌，從而填補(bǔ)了木球占據(jù)的空間，由于ρ水>ρ木，水球的質(zhì)量大于木球的質(zhì)量，故木球和水組成系統(tǒng)的重心有向下的加速度，整個(gè)系統(tǒng)將處于失重狀態(tài)，故臺秤的示數(shù)將變小，正確答案為A.]4．在電梯內(nèi)的地板上，豎直放置一根輕質(zhì)彈簧，彈簧上端固定一個(gè)質(zhì)量為m的物體．當(dāng)電梯勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧被壓縮了x，某時(shí)刻后視察到彈簧又被接著壓縮了eq\f(x,10)，重力加速度為g.則電梯在此時(shí)刻后的運(yùn)動(dòng)狀況可能是()A．以大小為eq\f(11,10)g的加速度加速上升B．以大小為eq\f(11,10)g的加速度減速上升C．以大小為eq\f(g,10)的加速度加速下降D．以大小為eq\f(g,10)的加速度減速下降D[因?yàn)殡娞輨蛩龠\(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧被壓縮了x，由此可以知道，mg＝kx，當(dāng)彈簧又被接著壓縮了eq\f(x,10)，彈簧的彈力變大了，所以物體的合力應(yīng)當(dāng)是向上的，大小是eq\f(1,10)mg，由牛頓其次定律F＝ma可得，eq\f(1,10)mg＝ma，所以加速度大小為a＝eq\f(1,10)g，合力是向上的，當(dāng)然加速度的方向也就是向上的，此時(shí)物體可能是向上的勻加速運(yùn)動(dòng)，也可能是向下的勻減速運(yùn)動(dòng)，所以D正確．]二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5．(12分)試驗(yàn)小組為了測量一棟26層的寫字樓每層的平均高度(層高)及電梯運(yùn)行狀況，請一質(zhì)量為m＝60kg的同學(xué)站在放于電梯的水平地板上的體重計(jì)上，體重計(jì)內(nèi)安裝有壓力傳感器，電梯從一樓直達(dá)26樓，已知t＝0至t＝1s內(nèi)，電梯靜止不動(dòng)，與傳感器連接的計(jì)算機(jī)自動(dòng)畫出了體重計(jì)示數(shù)F隨時(shí)間改變的圖線，如圖所示，求：(1)電梯啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的加速度大??；(2)該大樓每層的平均層高．[解析](1)1～3s電梯啟動(dòng)，即加速向上運(yùn)動(dòng)，加速度向上，處于超重狀態(tài)，對于此狀態(tài)有F1－mg＝ma1，代入數(shù)據(jù)解得a1＝2m/s221～23s電梯制動(dòng)，即向上減速運(yùn)動(dòng)，加速度向下，處于失重狀態(tài)，對于此狀態(tài)有mg－F3＝ma3，代入數(shù)據(jù)解得a3＝2m/s2.(2)電梯勻速運(yùn)動(dòng)的速度v＝a1t1＝4m/s勻加速上升的位移為x1＝eq\f(1,2)vt1＝eq\f(1,2)×4×2m＝4m從圖中讀得，電梯勻速上升的時(shí)間t2＝18s，所以勻速上升的位移為x2＝vt2＝4×18m＝72m勻減速上升的時(shí)間為2s，所以位移為x3＝eq\f(1,2)vt3＝eq\f(1,2)×4×2m＝4m所以總位移x＝x1＋x2＋x3＝80m層高h(yuǎn)＝eq\f(x,25)＝eq\f(80,25)m＝3.2m.[答案](1)2m/s22m/s2(2)3.2m6．(14分)一種巨型消遣器械由升降機(jī)送到離地面75m的高處，然后讓座艙自由落下．落到離地面30m高時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)起先啟動(dòng)，座艙勻稱減速，到地面時(shí)剛好停下．若座艙中某人用手托著m＝5kg的鉛球，取g＝10m/s2，試求：(1)從起先下落到最終著地經(jīng)驗(yàn)的總時(shí)間；(2)當(dāng)座艙落到離地面35m的位置時(shí)，手對鉛球的支持力是多少？(3)當(dāng)座艙落到離地面15m的位置時(shí)，鉛球?qū)κ值膲毫κ嵌嗌?？[解析](1)由題意可知，座艙先自由下落h1＝75m－30m＝45m由h1＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,1)得t1＝eq\r(\f(2h1,g))＝3s下落45m時(shí)的速度v1＝gt1＝30m/s減速過程中的平均速度eq\x\to(v2)＝eq\f(v1,2