4-6-超重與失重(作業(yè))(解析版)

4.6超重與失重（解析版）1．下列關(guān)于超重和失重的說(shuō)法中，正確的是()A．物體處于超重狀態(tài)時(shí)，其重力增加了B．物體處于失重狀態(tài)時(shí)，其重力減小了C．物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，其質(zhì)量發(fā)生了改變D．物體處于超重或失重狀態(tài)時(shí)，其質(zhì)量及受到的重力都沒(méi)有變化【答案】D【解析】重力只與物體的質(zhì)量和當(dāng)?shù)刂亓铀俣扔嘘P(guān)，與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，則A、B錯(cuò)；質(zhì)量是物體固有屬性，與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也無(wú)關(guān)，則C錯(cuò)，故正確答案為D。2.（多選）有一種大型娛樂(lè)器械可以讓人體驗(yàn)超重和失重，其環(huán)形座艙套在豎直柱子上(如圖所示)，由升降機(jī)送上幾十米的高處，然后讓座艙自由下落。落到一定位置時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)，座艙做減速運(yùn)動(dòng)，到地面時(shí)剛好停下。下列說(shuō)法正確的是()A．座艙自由下落的過(guò)程中人處于超重狀態(tài)B．座艙自由下落的過(guò)程中人處于失重狀態(tài)C．座艙減速下落的過(guò)程中人處于超重狀態(tài) D．座艙下落的整個(gè)過(guò)程中人處于失重狀態(tài)【答案】BC【解析】在自由下落的過(guò)程中人只受重力作用，做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于失重狀態(tài)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；在減速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中人受重力和座位對(duì)人向上的支持力，做減速運(yùn)動(dòng)，所以加速度向上，人處于超重狀態(tài)，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。3．(多選)懸掛在電梯天花板上的彈簧測(cè)力計(jì)的鉤子上掛著質(zhì)量為m的物體，電梯靜止時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為G＝mg，下列說(shuō)法中正確的是()A．當(dāng)電梯勻速上升時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)增大，電梯勻速下降時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)減小B．只有電梯加速上升時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)才會(huì)增大，只有電梯加速下降時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)才會(huì)減小C．不管電梯向上或向下運(yùn)動(dòng)，只要加速度的方向豎直向上，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)一定增大D．不管電梯向上或向下運(yùn)動(dòng)，只要加速度的方向豎直向下，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)一定減小【答案】CD【解析】超重、失重與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，取決于加速度方向，加速度方向向上為超重，加速度方向向下為失重。4.如圖所示,質(zhì)量為m1=2kg的物體A經(jīng)跨過(guò)定滑輪的輕繩與質(zhì)量為m'=5kg的箱子B相連,箱子底板上放一質(zhì)量為m2=1kg的物體C。不計(jì)定滑輪的質(zhì)量和一切阻力,g取10m/s2,在箱子加速下落的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是()A.物體A處于失重狀態(tài),加速度大小為10m/s2B.物體A處于超重狀態(tài),加速度大小為20m/s2C.物體C處于失重狀態(tài),對(duì)箱子的壓力大小為5ND.輕繩對(duì)定滑輪的作用力大小為80N【答案】C【解析】以A為研究對(duì)象,由牛頓第二定律得FT-m1g=m1a,以B、C整體為研究對(duì)象得(m'+m2)g-FT'=(m'+m2)a',又FT'=FT,a'=a,由以上幾式得(m'+m2)g-m1g=(m'+m1+m2)a,則加速度為a=5m/s2,A處于超重狀態(tài),選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;隔離C有m2g-FN=m2a,即FN=5N,C處于失重狀態(tài),選項(xiàng)C正確;隔離A有FT-m1g=m1a,得FT=30N,所以輕繩對(duì)定滑輪的作用力大小為2FT=60N,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。5．人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等航天器進(jìn)入軌道后，其中人和物體都處于完全失重狀態(tài)。這種狀態(tài)下，能做的實(shí)驗(yàn)是()A．用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)力的大小B．用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)物體的重力C．用托里拆利管測(cè)艙內(nèi)的氣壓D．用天平測(cè)物體的質(zhì)量【答案】A【解析】在太空艙內(nèi)處于完全失重狀態(tài)，所以任何物體將不再對(duì)它的支持面有壓力和對(duì)懸掛它的物體有拉力。所以，彈簧測(cè)力計(jì)不能用來(lái)測(cè)物體重力，天平也不能測(cè)物體的質(zhì)量，托里拆利管也不能測(cè)氣壓，密度大的物體將不能下沉，密度小的也不能上浮，但彈簧測(cè)力計(jì)仍然可以使用。選項(xiàng)B、C、D中不能做，A項(xiàng)中能做。6.小軍在校秋季運(yùn)動(dòng)會(huì)上跳過(guò)了1.8m的高度，奪得了男子組跳高冠軍。則小軍()A．在下降過(guò)程中處于失重狀態(tài)B．在離地后的上升過(guò)程中處于超重狀態(tài)C．起跳過(guò)程中，地面對(duì)他的平均支持力等于他的重力D．起跳過(guò)程中，地面對(duì)他的平均支持力小于他的重力【答案】A【解析】判斷超重、失重的依據(jù)是加速度方向，故分析其加速度情況是關(guān)鍵。小軍的上升過(guò)程中或下降過(guò)程中加速度方向均向下，加速度等于重力加速度，故處于完全失重狀態(tài)，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤。起跳過(guò)程中，加速度向上，平均支持力大于重力，處于超重狀態(tài)，故C、D錯(cuò)誤。7．如圖所示，在臺(tái)秤上放置一個(gè)箱子，箱子頂部固定一根彈簧，彈簧下面懸掛一個(gè)金屬小球，靜止時(shí)小球位于O點(diǎn)，此時(shí)臺(tái)秤的示數(shù)為m0，把小球拉到A點(diǎn)釋放，小球就在A、O、B之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)了起來(lái)，下面說(shuō)法正確的是（）A．小球從A運(yùn)動(dòng)到O階段臺(tái)秤的示數(shù)大于m0B．小球從O運(yùn)動(dòng)到B階段臺(tái)秤的示數(shù)大于m0C．小球從B運(yùn)動(dòng)到O階段臺(tái)秤的示數(shù)大于m0D．小球從O運(yùn)動(dòng)到A階段臺(tái)秤的示數(shù)小于m0【答案】A【解析】A．小球從A到O，加速度向上，超重，臺(tái)秤的示數(shù)大于m0，選項(xiàng)A正確；BC．從O到B和從B到O加速度向下，失重，臺(tái)秤的示數(shù)小于m0，選項(xiàng)BC錯(cuò)誤；D．從O到A加速度向上，超重，臺(tái)秤的示數(shù)大于m0，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。8．(多選)某實(shí)驗(yàn)小組利用DIS系統(tǒng)觀察超重和失重現(xiàn)象，他們?cè)陔娞輧?nèi)做實(shí)驗(yàn)，在電梯的地板上放置一個(gè)壓力傳感器，在傳感器上放一個(gè)重為20N的物塊，如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中計(jì)算機(jī)顯示出傳感器所受物塊的壓力大小隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像如圖乙所示。根據(jù)圖像分析得出的結(jié)論中正確的是()A．從時(shí)刻t1到t2，物塊處于失重狀態(tài)B．從時(shí)刻t3到t4，物塊處于失重狀態(tài)C．電梯可能開(kāi)始停在低樓層，先加速向上，接著勻速向上，再減速向上，最后停在高樓層D．電梯可能開(kāi)始停在高樓層，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最后停在低樓層【答案】BC【解析】從F－t圖像可以看出，0～t1，F(xiàn)＝mg，電梯可能處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；t1～t2，F(xiàn)＞mg，電梯具有向上的加速度，物塊處于超重狀態(tài)，可能加速向上運(yùn)動(dòng)或減速向下運(yùn)動(dòng)；t2～t3，F(xiàn)＝mg，可能靜止或勻速運(yùn)動(dòng)；t3～t4，F(xiàn)＜mg，電梯具有向下的加速度，物塊處于失重狀態(tài)，可能加速向下運(yùn)動(dòng)或減速向上運(yùn)動(dòng)。綜上分析可知，B、C正確。9．某跳水運(yùn)動(dòng)員在3m長(zhǎng)的踏板上起跳，我們通過(guò)錄像觀察到踏板和運(yùn)動(dòng)員要經(jīng)歷如圖所示的狀態(tài)，其中A為無(wú)人時(shí)踏板靜止點(diǎn)，B為人站在踏板上靜止時(shí)的平衡點(diǎn)，C為人在起跳過(guò)程中人和踏板運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)，則下列說(shuō)法正確的是（）A．人和踏板由C到B的過(guò)程中，人向上做勻加速運(yùn)動(dòng)B．人和踏板由C到A的過(guò)程中，人處于超重狀態(tài)C．人和踏板由C到A的過(guò)程中，先超重后失重D．人在C點(diǎn)具有最大速度【答案】C【解析】在B點(diǎn)，重力等于彈力，在C點(diǎn)速度為零，彈力大于重力，所以從C到B過(guò)程中合力向上，做加速運(yùn)動(dòng)，但是由于從C到B過(guò)程中踏板的形變量在減小，彈力在減小，所以合力在減小，故做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，加速度向上，處于超重狀態(tài)，從B到A過(guò)程中重力大于彈力，所以合力向下，加速度向下，速度向上，所以做減速運(yùn)動(dòng)，處于失重狀態(tài)，故C正確，ABD錯(cuò)誤。故選C。10．(多選)某高層建筑內(nèi)的電梯上升過(guò)程中的v－t圖像如圖所示，則關(guān)于電梯內(nèi)的人運(yùn)動(dòng)情況的分析正確的是()A．0～t1時(shí)間內(nèi)一定超重B．t1～t2時(shí)間內(nèi)一定完全失重 C．t2～t3時(shí)間內(nèi)一定失重D．t2～t3時(shí)間內(nèi)一定是完全失重【答案】AC【解析】電梯在上升過(guò)程中，0～t1時(shí)間內(nèi)加速度為正，即加速度方向向上，故為超重，A正確，t1～t2時(shí)間內(nèi)加速度為0，既不超重，也不失重，電梯中的人處于平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤，在t2～t3時(shí)間內(nèi)，加速度為負(fù)即加速度方向向下，人處于失重狀態(tài)，但不一定是完全失重，故C正確，D錯(cuò)誤。11．如圖所示，一個(gè)盛水的容器底部有一小孔。靜止時(shí)用手指堵住小孔不讓它漏水，假設(shè)容器在下述幾種運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持平動(dòng)，且忽略空氣阻力，則()A．容器自由下落時(shí)，小孔向下漏水B．將容器豎直向上拋出，容器向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小孔向下漏水；容器向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，小孔不向下漏水 C．將容器水平拋出，容器在運(yùn)動(dòng)中小孔向下漏水D．將容器斜向上拋出，容器在運(yùn)動(dòng)中小孔不向下漏水【答案】D【解析】由超重與失重可知，無(wú)論物體做何種運(yùn)動(dòng)，只要加速度為重力加速度g，物體就處于完全失重狀態(tài)，小孔處不向下漏水，故正確答案為D。12．(多選)為了研究超重與失重現(xiàn)象，某同學(xué)把一體重計(jì)放在電梯的地板上，將一物體放在體重計(jì)上隨電梯運(yùn)動(dòng)并觀察體重計(jì)示數(shù)的變化情況。下表記錄了幾個(gè)特定時(shí)刻體重計(jì)的示數(shù)(表內(nèi)時(shí)間不表示先后順序)：時(shí)間t0t1t2t3體重計(jì)示數(shù)(kg)45.050.040.045.0若已知t0時(shí)刻電梯靜止，則()A．t1和t2時(shí)刻電梯的加速度方向一定相反B．t1和t2時(shí)刻物體的質(zhì)量并沒(méi)有發(fā)生變化，但所受重力發(fā)生了變化C．t1和t2時(shí)刻電梯運(yùn)動(dòng)的加速度大小相等，運(yùn)動(dòng)方向一定相反D．t3時(shí)刻電梯可能向上運(yùn)動(dòng)【答案】AD【解析】由超重和失重的物理意義可知，當(dāng)物體的加速度向上時(shí)，支持力FN大于重力G，發(fā)生超重現(xiàn)象；當(dāng)物體的加速度向下時(shí)，支持力FN小于重力G，發(fā)生失重現(xiàn)象?？梢?jiàn)發(fā)生超重和失重時(shí)，物體的重力G并沒(méi)有發(fā)生變化，但加速度方向相反，A正確，B錯(cuò)誤。由表格知，t1時(shí)刻超重，t2時(shí)刻失重，t3時(shí)刻仍為重力，但t3時(shí)刻電梯可能是勻速運(yùn)動(dòng)，也可能處于靜止。13．如圖所示，A為電磁鐵，C為膠木秤盤，A和C(包括支架)的總質(zhì)量為M，B為鐵塊，質(zhì)量為m，整個(gè)裝置用輕繩懸掛于點(diǎn)O。當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，鐵塊被吸引上升的過(guò)程中，輕繩上拉力F的大小()A．F＝mgB．Mg<F<(M＋m)g C．F＝(M＋m)gD．F>(M＋m)g【答案】D【解析】鐵塊由靜止被吸引上升，必為加速上升。對(duì)A、B、C構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)鐵塊B加速上升時(shí)，系統(tǒng)整體的重心加速上移，系統(tǒng)處于超重狀態(tài)，故輕繩的拉力F大于(M＋m)g。14．一個(gè)年輕人在以加速度a＝2m/s2加速上升的升降機(jī)里最多能舉起質(zhì)量為m＝50kg的重物，問(wèn)當(dāng)升降機(jī)以同樣的加速度減速上升時(shí)，該年輕人能最多舉起的重物m′的質(zhì)量為()A．50kg B．100kgC．75kg D．125kg【答案】C【解析】不論升降機(jī)加速上升還是減速上升，該年輕人上舉的最大力量F是不變的。升降機(jī)加速上升，重物處于超重狀態(tài)，F(xiàn)＝m(g＋a)①升降機(jī)減速上升，重物處于失重狀態(tài)，F(xiàn)＝m′(g－a)②聯(lián)立①②兩式得m′＝eq\f(mg＋a,g－a)，其中a＝2m/s2，帶入數(shù)值得m′＝75kg。15．一質(zhì)量為m＝40kg的小孩站在電梯內(nèi)的體重計(jì)上。電梯從t＝0時(shí)刻由靜止開(kāi)始上升，在0到6s內(nèi)體重計(jì)示數(shù)F的變化如圖所示。試問(wèn)：在這段時(shí)間內(nèi)電梯上升的高度是多少？(取重力加速度g＝10m/s2) 【答案】9m【解析】由題圖可知，在t＝0到t1＝2s的時(shí)間內(nèi)，體重計(jì)的示數(shù)大于mg，故電梯向上做勻加速運(yùn)動(dòng)。設(shè)這段時(shí)間內(nèi)體重計(jì)作用于小孩的力為F1，電梯及小孩的加速度為a1，由牛頓第二定律得F1－mg＝ma1，這段時(shí)間內(nèi)電梯上升的高度h1＝eq\f(1,2)a1t12；在t1到t2＝5s的時(shí)間內(nèi)，體重計(jì)的示數(shù)等于mg，故電梯勻速上升，速度為t1時(shí)刻電梯的速度，即v1＝a1t1，在這段時(shí)間內(nèi)電梯上升的高度h2＝v1(t2－t1)；在t2到t3＝6s的時(shí)間內(nèi)，體重計(jì)的示數(shù)小于mg，故電梯向上做勻減速運(yùn)動(dòng)。設(shè)這段時(shí)間內(nèi)體重計(jì)作用于小孩的力為F2，電梯及小孩的加速度為a2，由牛頓第二定律得mg－F2＝ma2，這段時(shí)間內(nèi)電梯上升的高度h3＝v1(t3－t2)－eq\f(1,2)a2(t3－t2)2，電梯上升的總高度h＝h1＋h2＋h3。由以上各式，利用牛頓第三定律和題文及題圖中的數(shù)據(jù)得h＝9m。16．如圖所示為一種巨型娛樂(lè)器械，可以使人體驗(yàn)超重和失重狀態(tài)。一個(gè)可乘坐二十多人的環(huán)形座艙套裝在豎直柱子上，由升降機(jī)送上幾十米的高處，然后讓座艙自由落下。落到一定位置時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)，到地面時(shí)剛好停下。己知座艙開(kāi)始下落的高度是，當(dāng)落到離地面的位置時(shí)開(kāi)始制動(dòng)，座艙做勻減速運(yùn)動(dòng)。若座艙中某人的質(zhì)量為。不計(jì)空氣阻力。求：（1）座艙運(yùn)動(dòng)的最大速度；（2）座艙運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間；（3）當(dāng)落到離地面的位置時(shí)，座艙對(duì)人的作用力?！敬鸢浮浚?）；（2）；（3）0【解析】（1）座艙自由下落的高度為由自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)最大速度為v，有得（2）由自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律得自由下落階段時(shí)間設(shè)減速階段加速度大小為a，有解得則減速階段時(shí)間為運(yùn)動(dòng)總時(shí)間（3）離地時(shí)，還處于自由下落階段，人處于完全失重狀態(tài)，人對(duì)座艙的壓力為0。17.質(zhì)量是60kg的人站在升降機(jī)中的體重計(jì)上，如圖所示。重力加速度g取10m/s2，當(dāng)升降機(jī)做下列各種運(yùn)動(dòng)時(shí)，求體重計(jì)的示數(shù)。(1)勻速上升；(2)以4m/s2的加速度加速上升；(3)以5m/s2的加速度加速下降；(4)以重力加速度g加速下降。 【答案】(1)600N(2)840N(3)300N(4)0【解析】(1)勻速上升時(shí)：由平衡條件得：FN1＝mg＝600N，由牛頓第三定律得：人對(duì)體重計(jì)壓力為600N，即體重計(jì)示數(shù)為600N。(2)加速上升時(shí)，由牛頓第二定律得：FN2－mg＝ma1，F(xiàn)N2＝mg＋ma1＝840N，由牛