2024-2025學(xué)年新教材高中物理課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)二十一失重和超重含解析粵教版必修1

PAGE10-失重和超重(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.國慶70周年閱兵儀式上,我國空警—2000預(yù)警機(jī)和空軍八一飛行表演隊(duì)的8架殲—10戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行飛行表演,飛機(jī)先爬升到肯定高度,然后勻速通過天安門廣場。假設(shè)飛機(jī)在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是向上先做加速直線運(yùn)動(dòng)后做減速直線運(yùn)動(dòng),則在爬升過程中下列說法正確的是 ()A.飛行員所受的重力先增加后減小B.飛行員所受的合力先增加后減小C.飛行員先處于超重狀態(tài),后處于失重狀態(tài)D.飛行員始終處于超重狀態(tài)【解析】選C。飛機(jī)爬升過程中,假設(shè)豎直方向向上先做加速運(yùn)動(dòng)后做減速運(yùn)動(dòng),飛機(jī)向上加速的過程中加速度的方向向上,處于超重狀態(tài);飛機(jī)向上減速的過程中加速度的方向向下,處于失重狀態(tài)。故飛機(jī)先超重后失重,實(shí)際重力不變,故C正確,A、D錯(cuò)誤。依據(jù)牛頓其次定律F=ma知合力和加速度成正比,題目沒有告知加速度的變更狀況,所以不知道合力的變更狀況,故B錯(cuò)誤。2.(2024·深圳高一檢測)天津是第十三屆全運(yùn)會(huì)的東道主,雙人10米臺(tái)為天津跳水隊(duì)的重點(diǎn)項(xiàng)目。跳臺(tái)跳水可簡化為如下的運(yùn)動(dòng)過程,運(yùn)動(dòng)員從跳臺(tái)上斜向上跳起,一段時(shí)間后落入水中,如圖所示,不計(jì)空氣阻力,下列說法正確的是()A.運(yùn)動(dòng)員在空中上升過程中處于超重狀態(tài)B.運(yùn)動(dòng)員在空中運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)加速度為0C.運(yùn)動(dòng)員在空中上升過程中處于失重狀態(tài)D.入水過程中,水對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力大于運(yùn)動(dòng)員對(duì)水的作用力【解析】選C。起跳以后在空中的上升過程以及下降過程中運(yùn)動(dòng)員的加速度方向向下,所以處于失重狀態(tài),故A錯(cuò)誤,C正確。運(yùn)動(dòng)員在最高點(diǎn)加速度大小為g,方向豎直向下,故B錯(cuò)誤。入水過程中,水對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力和運(yùn)動(dòng)員對(duì)水的作用力是一對(duì)作用力與反作用力,二者大小相等,故D錯(cuò)誤。故選C?！炯庸逃?xùn)練】在某屆學(xué)校秋季運(yùn)動(dòng)會(huì)上,張明同學(xué)以背越式勝利地跳過了1.70米的高度,如圖。若忽視空氣阻力,g取10m/s2。則下列說法正確的是 ()A.張明下降過程中處于失重狀態(tài)B.張明起跳以后在上升過程中處于超重狀態(tài)C.張明起跳時(shí)地面對(duì)他的支持力等于他的重力D.張明起跳以后在下降過程中重力消逝了【解析】選A。在張明下降過程中,只受重力的作用,有向下的重力加速度,是處于完全失重狀態(tài),A正確;張明起跳以后在上升過程,也是只受重力的作用,有向下的重力加速度,是處于完全失重狀態(tài),B錯(cuò)誤;在張明起跳過程中,地面要給人一個(gè)向上的支持力,支持力的大小大于人的重力的大小,人才能夠有向上的加速度起跳,向上運(yùn)動(dòng),C錯(cuò)誤;起跳以后在下降過程中,重力不變,D錯(cuò)誤。3.(2024·濰坊高一檢測)高蹺運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)新型運(yùn)動(dòng),圖甲為彈簧高蹺。當(dāng)人抓住扶手用力蹬踏板壓縮彈簧后,人就向上彈起,進(jìn)而帶動(dòng)高蹺跳動(dòng),如圖乙。則下列說法正確的是 ()A.人向上彈起的過程中,始終處于超重狀態(tài)B.人向上彈起的過程中,踏板對(duì)人的作用力大于人對(duì)踏板的作用力C.彈簧壓縮到最低點(diǎn)時(shí),高蹺對(duì)人的作用力大于人的重力D.彈簧壓縮到最低點(diǎn)時(shí),高蹺對(duì)地的壓力等于人和高蹺的總重力【解析】選C。人向上彈起的過程中,先加速向上,處于超重狀態(tài),然后減速向上,處于失重狀態(tài),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;踏板對(duì)人的作用力和人對(duì)踏板的作用力是一對(duì)作用力和反作用力,大小相等,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;彈簧壓縮到最低點(diǎn)時(shí),人的加速度向上,人處于超重狀態(tài),所以高蹺對(duì)人的作用力大于人的重力,高蹺對(duì)地的壓力大于人和高蹺的總重力,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。4.如圖記錄的是升降機(jī)豎直向上運(yùn)動(dòng)的v-t圖像,升降機(jī)水平底板上放著重物,依據(jù)圖像可知 ()A.第5s內(nèi)升降機(jī)的加速度大小為1m/s2B.0～5s內(nèi)升降機(jī)的位移為10mC.0～2s內(nèi)重物處于超重狀態(tài)D.2～4s內(nèi)重物處于失重狀態(tài)【解析】選C。第5s內(nèi)升降機(jī)的加速度為a==m/s2=-2m/s2,大小為2m/s2,故A錯(cuò)誤;0～5s內(nèi)升降機(jī)的位移為x=×2m=7m,故B錯(cuò)誤;在前2s內(nèi),重物向上做勻加速運(yùn)動(dòng),加速度向上,重物處于超重狀態(tài),故C正確;2～4s內(nèi)重物的速度保持不變,處于平衡狀態(tài),故D錯(cuò)誤。5.如圖所示,“蹦極”是一項(xiàng)特別刺激的體育運(yùn)動(dòng)。某人身系彈性繩自高空P點(diǎn)自由下落,圖中a點(diǎn)是彈性繩的原長位置,c點(diǎn)是人所到達(dá)的最低點(diǎn),b點(diǎn)是人靜止懸吊時(shí)的平衡位置,空氣阻力不計(jì)。則人從P點(diǎn)下落到最低點(diǎn)c點(diǎn)的過程中()A.人從a點(diǎn)起先做減速運(yùn)動(dòng),始終處于失重狀態(tài)B.在ab段繩的拉力小于人的重力,人處于超重狀態(tài)C.在bc段繩的拉力大于人的重力,人處于超重狀態(tài)D.在c點(diǎn),人的速度為零,其加速度也為零【解析】選C。人從a點(diǎn)到c點(diǎn)過程,起先先做加速運(yùn)動(dòng),再做減速運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在平衡位置b點(diǎn)上方重力大于拉力,加速度方向向下,人處于失重狀態(tài),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在b點(diǎn)下方拉力大于重力,人處于超重狀態(tài),故選項(xiàng)C正確;在c點(diǎn)速度為零,但加速度方向向上,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。6.如圖所示,一個(gè)箱子中放有一物體,已知靜止時(shí)物體對(duì)下底面的壓力等于物體的重力,且物體與箱子上底面剛好接觸?，F(xiàn)將箱子以初速度v0豎直向上拋出,已知箱子所受空氣阻力與箱子運(yùn)動(dòng)的速率成正比,且箱子運(yùn)動(dòng)過程中始終保持圖示形態(tài),則下列說法正確的是 ()A.上升過程中,物體對(duì)箱子的下底面有壓力,且壓力越來越小B.上升過程中,物體對(duì)箱子的上底面有壓力,且壓力越來越大C.下降過程中,物體對(duì)箱子的下底面有壓力,且壓力可能越來越大D.下降過程中,物體對(duì)箱子的上底面有壓力,且壓力可能越來越小【解析】選C。設(shè)物體的質(zhì)量為m,物體和箱子的總質(zhì)量為M。上升過程中,對(duì)箱子和物體整體受力分析,如圖甲所示,由牛頓其次定律可知,Mg+kv=Ma,則a=g+,又整體向上做減速運(yùn)動(dòng),v減小,所以a減小;再對(duì)物體單獨(dú)受力分析如圖乙所示,因a>g,所以物體受到箱子上底面對(duì)下的彈力N,由牛頓其次定律可知,mg+N=ma,則N=ma-mg,而a減小,則N減小,所以上升過程中物體對(duì)箱子上底面有壓力且壓力越來越小。同理,下降過程中物體對(duì)箱子下底面有壓力且壓力可能越來越大,故C正確?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,家用樓梯升降椅可以沿著傾斜的直軌道運(yùn)動(dòng),便利行動(dòng)困難的老人上下樓。以下說法正確的是 ()A.升降椅加速上升時(shí),人處于失重狀態(tài)B.升降椅減速上升時(shí),人處于失重狀態(tài)C.升降椅勻速上升時(shí),升降椅對(duì)人的作用力沿樓梯斜向上D.升降椅加速上升時(shí),升降椅對(duì)人的作用力沿樓梯斜向上【解析】選B。升降椅加速上升時(shí),加速度向上,人處于超重狀態(tài),A錯(cuò)誤;當(dāng)升降椅減速上升時(shí),加速度向下,人處于失重狀態(tài),B正確;當(dāng)升降椅勻速上升時(shí),人處于平衡狀態(tài),升降椅對(duì)人的力與人受到的重力平衡,豎直向上,C錯(cuò)誤;升降椅加速上升時(shí),升降椅對(duì)人的作用力為支持力和摩擦力,合力斜向上,但不沿樓梯,因?yàn)楹椭亓θΦ暮狭Σ叛貥翘菹蛏?故D錯(cuò)誤。二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(10分)安徽鳳陽縣7歲“大力士”楊金龍聲名鵲起后,南京、天津等地諸多體育專業(yè)學(xué)校紛紛向他拋出橄欖枝。小金龍不僅能舉起45kg杠鈴,還能背起體重高達(dá)120kg的教練,簡直是“秒殺同齡的施瓦辛格”。取g=10m/s2,請(qǐng)計(jì)算:(1)在以a=2m/s2勻加速下降的電梯中小金龍能舉起杠鈴的質(zhì)量是多少?(2)在以a=2m/s2勻加速上升的電梯中小金龍能背起的人的質(zhì)量又是多少?【解析】(1)在地面上小金龍舉起45kg杠鈴,舉力為450N,當(dāng)電梯以2m/s2的加速度勻加速下降時(shí),以杠鈴為探討對(duì)象則:m1g-F=m1a代入數(shù)據(jù)得:m1=56.25kg(2)在地面上小金龍背起體重高達(dá)120kg的教練,力氣是1200N,設(shè)在以a=2m/s2勻加速上升的電梯中小金龍能背起的人的質(zhì)量為m2,則:F′-m2g=m2a代入數(shù)據(jù)得:m2=100kg答案:(1)56.25kg(2)100kg8.(14分)(2024·德州高一檢測)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)刻由靜止起先上升,在0～6s內(nèi)體重計(jì)示數(shù)F的變更狀況如圖所示。試問:在這段時(shí)間內(nèi)小孩超、失重狀況及電梯上升的高度是多少?(取重力加速度g=10m/s2)【解析】小孩體重G=400N,由題圖知,在0～2s內(nèi),F1=440N,F1>G,電梯勻加速上升,小孩處于超重狀態(tài),此時(shí)有a1==1m/s2,v=a1t1=2m/s,h1=a1=2m。在2～5s內(nèi),F2=400N,F2=G,電梯勻速上升,小孩處于平衡狀態(tài),此時(shí)有h2=vt2=6m。在5～6s內(nèi),F3=320N,F3<G,電梯勻減速上升,小孩處于失重狀態(tài),此時(shí)有a3==2m/s2又v-a3t3=0,說明電梯在6s末停止運(yùn)動(dòng)。故h3=t3=1m所以電梯上升的高度為h=h1+h2+h3=9m。答案:見解析(15分鐘·40分)9.(6分)(多選)(2024·盤錦高一檢測)某馬戲團(tuán)演員做滑桿表演。已知豎直滑桿上端固定,下端懸空,滑桿的重力為200N。在桿的頂部裝有一拉力傳感器,可以顯示桿頂端所受拉力的大小。已知演員在滑桿上做完動(dòng)作之后,先在桿上靜止了0.5s,然后沿桿下滑,3.5s末剛好滑到桿底端,并且速度恰好為零。整個(gè)過程中演員的v-t圖像和傳感器顯示的拉力隨時(shí)間的變更狀況如圖所示,g取10m/s2。則下述說法正確的是 ()A.演員的體重為600NB.演員在第1s內(nèi)始終處于超重狀態(tài)C.滑桿頂端所受的最小拉力為620ND.滑桿頂端所受的最大拉力為900N【解析】選A、C。演員在滑桿上靜止時(shí),傳感器顯示的拉力800N等于演員重力和滑桿的重力之和,演員的體重為600N,選項(xiàng)A正確;演員在第1s內(nèi)先靜止后加速下滑,加速下滑處于失重狀態(tài),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;演員加速下滑時(shí)滑桿頂端所受的拉力最小,加速下滑的加速度a1=3m/s2,對(duì)演員,由牛頓其次定律,mg-Ff1=ma1,解得Ff1=420N。對(duì)滑桿,由平衡條件,最小拉力F1=420N+200N=620N,選項(xiàng)C正確;減速下滑時(shí)滑桿頂端所受的拉力最大。減速下滑的加速度a2=1.5m/s2,對(duì)演員,由牛頓其次定律,Ff2-mg=ma2,解得Ff2=690N。對(duì)滑桿由平衡條件得最大拉力F2=690N+200N=890N,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。10.(6分)(多選)如圖a,用力傳感器探討橡皮繩中拉力隨時(shí)間的變更。向下拉小球然后釋放,小球沿豎直方向運(yùn)動(dòng),某段時(shí)間內(nèi)采集到的信息如圖b所示,則()A.t2～t3時(shí)間內(nèi)小球向下運(yùn)動(dòng),處于超重狀態(tài)B.t3～t4時(shí)間內(nèi)小球向上運(yùn)動(dòng),處于失重狀態(tài)C.t4～t5時(shí)間內(nèi)小球向下運(yùn)動(dòng),處于失重狀態(tài)D.t5～t6時(shí)間內(nèi)小球向上運(yùn)動(dòng),處于超重狀態(tài)【解析】選B、C。t2～t3時(shí)間內(nèi)拉力大于重力,但越來越小,故說明小球向上運(yùn)動(dòng),處于超重狀態(tài),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;t3～t4時(shí)間內(nèi)拉力減小,且小于重力,故說明小球向上運(yùn)動(dòng),加速度向下,處于失重狀態(tài),故選項(xiàng)B正確;t4～t5時(shí)間內(nèi)小球受到的拉力小于重力,但拉力變大,故說明小球在向下運(yùn)動(dòng),加速度向下,處于失重狀態(tài),故選項(xiàng)C正確;t5～t6時(shí)間內(nèi)小球所受拉力變大且大于重力,故小球向下運(yùn)動(dòng),處于超重狀態(tài),故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。11.(6分)(多選)有一種大型消遣器械可以讓人體驗(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。落到肯定位置時(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。下列說法正確的是 ()A.座艙自由下落的過程中人處于超重狀態(tài)B.座艙自由下落的過程中人處于失重狀態(tài)C.座艙減速下落的過程中人處于超重狀態(tài)D.座艙下落的整個(gè)過程中人處于失重狀態(tài)【解析】選B、C。在自由下落的過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;在減速下落運(yùn)動(dòng)過程中,加速度向上,人處于超重狀態(tài),故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,小孩在蹦床上沿豎直方向蹦跳,對(duì)其從最低點(diǎn)到離開床面的過程,下列說法正確的是 ()A.小孩始終處于超重狀態(tài)B.小孩始終處于失重狀態(tài)C.小孩會(huì)經(jīng)驗(yàn)先超重后失重的過程D.小孩剛離開蹦床時(shí)的速度最大【解析】選C。小孩從最低點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)過程中,先向上做加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)重力與彈力相等后向上做減速運(yùn)動(dòng),直到離開蹦床為止,因此小孩先超重后失重,當(dāng)重力與彈力相等時(shí)速度最大,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確。12.(22分)將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個(gè)矩形的箱中,如圖所示,在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器,箱可以沿豎直軌道運(yùn)動(dòng)。當(dāng)箱以a=2.0m/s2加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí),上頂板的壓力傳感器顯示的壓力N=7.2N,下底板的壓力傳感器顯示的壓力F=12.0N。(g=10m/s2)(1)金屬塊的質(zhì)量m為多少?(2)若上頂板的壓力傳感器的示數(shù)是下底板的壓力傳感器示數(shù)的一半,試推斷箱的運(yùn)動(dòng)狀況。(3)要使上頂板的壓力傳感器的示數(shù)為零,箱沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的狀況可能是怎樣的?【解析】(1)由題意可知,金屬塊所受豎直向下的壓力值即為上頂板壓力傳感器示數(shù)(設(shè)為F1),金屬塊所受豎直向上的彈力值即為下底板壓力傳感器示數(shù)(設(shè)為F2)當(dāng)a=2m/s2(豎直向下)、F1=7.2N、F2=12N時(shí),對(duì)金屬塊有:F1+mg-