高中物理课时练习5-5超重与失重

二十三超重与失重【基础全面练】(20分钟50分)一、选择题(本题共6小题，每题6分，共36分)1．(2021·威海高一检测)2020年9月15日，我国在黄海海域用长征十一号海射运载火箭，采用“一箭九星”方式将“吉林一号”高分03­1组卫星送入预定轨道。下列说法正确的是()A．火箭发射时，喷出气体对火箭的作用力等于火箭的重力B．火箭在发射过程中惯性在增大C．火箭在发射阶段处于失重状态D．卫星在预定轨道运行时，处于完全失重状态【解析】选D。火箭点火加速上升时，喷出气体对火箭的作用力大于火箭的重力，火箭才能向上加速，故A错误；质量是衡量惯性大小的唯一量度，火箭在发射过程中消耗燃料，质量减小，故火箭的惯性减小，故B错误；火箭在发射阶段中加速度向上，故处于超重状态，故C错误；卫星在预定轨道运行时，万有引力充当向心力，加速度指向地心，故卫星处于完全失重状态，故D正确。2．某人在地面上最多可举起50kg的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60kg的物体时，电梯加速度的大小和方向为(g＝10m/s2)()A.2m/s2竖直向上 B．eq\f(5,3)m/s2竖直向上C．2m/s2竖直向下 D．eq\f(5,3)m/s2竖直向下【解析】选D。由题意可知，在地面上，人能承受的最大压力为Fm＝mg＝500N，在电梯中人能举起60kg物体，物体一定处于失重状态，对60kg的物体：m′g－Fm＝m′a，即a＝eq\f(600－500,60)m/s2＝eq\f(5,3)m/s2，所以选项D正确。3.(2021·苏州高一检测)如图所示为运动员跳高时的精彩瞬间，下列说法正确的是()A．运动员起跳时地面对他的支持力等于他所受的重力B．运动员起跳以后在上升过程中处于失重状态C．运动员在最高点处于平衡状态D．运动员在下降过程中处于超重状态【解析】选B。运动员起跳时受到竖直向下的重力与竖直向上的支持力作用，运动员的加速度向上，地面对他的支持力大于他所受的重力，故A错误；运动员起跳以后在上升过程中运动员的加速度方向向下，运动员处于失重状态，故B正确；运动员在最高点受到竖直向下的重力作用，加速度方向向下，运动员处于失重状态，没有处于平衡状态，故C错误；运动员在下降过程中加速度方向向下，运动员处于完全失重状态，故D错误。4.如图所示，A、B、C为三个实心小球，A为铁球，B、C为木球。A、B两球分别连在两根弹簧上，C球连接在细线一端，弹簧和细线的下端固定在装水的杯子底部，该水杯置于用绳子悬挂的静止吊篮内。若将挂吊篮的绳子剪断，则剪断的瞬间相对于杯底(不计空气阻力，ρ木＜ρ水＜ρ铁)()A．A球将向上运动，B、C球将向下运动B．A、B球将向上运动，C球不动C．A球将向下运动，B球将向上运动，C球不动D．A球将向上运动，B球将向下运动，C球不动【解析】选D。开始时A球下的弹簧被压缩，弹力向上；B球下的弹簧被拉长，弹力向下；将挂吊篮的绳子剪断的瞬间，系统的加速度为g，为完全失重状态，此时水对球的浮力视为零，小球的重力也视为零，则A球将在弹力作用下相对于杯底向上运动，B球将在弹力作用下相对于杯底向下运动，C球相对于杯底不动；故选D。5．如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔，静止时用手指堵住小孔不让它漏水。假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，则下列说法正确的是()A.容器自由下落时，小孔向下漏水B．将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水C．将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水D.将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水【解析】选D。题中几种运动，对整体分析，都只受重力作用，运动加速度为g，方向向下，容器中的水处于完全失重状态，对容器底部无压力，故在底部的小孔处水不会漏出。故D正确，A、B、C错误。6．(2021·杭州高一检测)如图所示，甲图为“娃娃跳”娱乐玩具示意图，乙图为该玩具结构，当人抓住扶手用力蹬踏板压缩弹簧后，人就向上弹起，进而带动高跷跳跃。则下列说法中正确的是()A.人上升过程处于超重状态B．人上升过程处于失重状态C．人下落未压缩弹簧过程处于完全失重状态D．人下落压缩弹簧过程中处于失重状态【解析】选C。人向上弹起过程中，开始时加速度的方向向上，人处于超重状态，最后的一段弹簧的弹力小于重力，人做减速运动，加速度的方向向下，处于失重状态，故A、B错误；人下落未压缩弹簧过程中人的加速度为g，方向竖直向下，故人处于完全失重状态，故C正确；人下落压缩弹簧的过程中，人的加速度先向下，再向上，故先失重再超重，故D错误。二、计算题(14分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要标明单位)7．物理课学习超重与失重现象后，某同学回家乘坐电梯时用心体会了一下，发现从电梯上升到静止的过程中，他经历了先加速再匀速，最后减速的运动过程。每次都是在17层到18层(他住18层)的过程中，有明显减速的感觉。有一天，该同学用测出电梯减速时的加速度为0.65m/s2，设该同学的质量为60kg，g取9.8m/s2。求：(1)电梯从17层到18层减速过程中，该同学处于超重状态还是失重状态？(2)减速过程中，电梯底面对该同学的支持力大小？(3)电梯以多大的加速度减速时，电梯底面对他的支持力为零？【解析】(1)由于人的加速度方向向下，所以人处于失重状态；(2)由题可知，电梯的加速度方向向下，人的加速度方向也向下，由牛顿第二定律得：mg－FN＝ma；所以：FN＝mg－ma＝60×9.8N－60×0.65N＝549N；(3)当电梯对人的支持力等于0时ma＝mg；所以a＝g＝9.8m/s2。答案：(1)失重状态(2)549N(3)9.8m/s2【综合突破练】(15分钟40分)8.(9分)(2020·山东等级考)一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是()A．0～t1时间内，v增大，FN>mgB．t1～t2时间内，v减小，FN<mgC．t2～t3时间内，v增大，FN<mgD．t2～t3时间内，v减小，FN>mg【解题指南】解答本题应注意以下三点：(1)s­t图像的斜率表示速度；(2)物体加速时加速度方向和速度方向相同，减速时加速度方向和速度方向相反；(3)当加速度方向竖直向上时物体处于超重状态。【解析】选D。由s­t图像的斜率表示速度可知，在0～t1时间内速度增加，即乘客加速下降，乘客的加速度竖直向下，所以乘客处于失重状态，则FN<mg，A错误；在t1～t2时间内速度不变，即乘客匀速下降，则FN＝mg，B错误；在t2～t3时间内速度减小，即乘客减速下降，乘客的加速度竖直向上，所以乘客处于超重状态，则FN>mg，C错误，D正确。9.(9分)“蹦极”是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空P点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，c点是人所到达的最低点，b点是人静止悬吊着时的平衡位置，人在从P点落下到最低点c的过程中()A.人在Pa段做自由落体运动，处于完全失重状态B．人到a点后由于绳的拉力作用，开始做减速运动C．在bc段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态D.在c点，人的速度为零，其加速度为零【解析】选A。人在Pa段只受重力，做自由落体运动，处于完全失重状态，A正确；人到a点后，虽然受到绳子的拉力，但绳子的拉力小于重力，继续做加速运动，到达b点后，在bc段绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态，B、C错误；在c点，人的速度为零，此时拉力大于重力，加速度向上，D错误。10．(9分)无人机在空中拍摄运动会入场式表演。无人机从静止起飞上升并向前追踪拍摄，飞行过程的水平方向速度vx和竖直向上的速度vy与飞行时间t的关系图线如图所示。下列说法可能正确的是()A.无人机在0～t1时间内沿直线飞行B．无人机在t1～t2时间内沿直线飞行C．无人机在t1时刻上升至最高点D．无人机在0～t1时间内处于失重状态【解析】选A。无人机在0～t1时间内，初速度为零，速度方向和合力方向相同，无人机直线飞行，故A正确；无人机在t1～t2时间内，水平方向做匀速运动，竖直方向做匀减速直线运动，合力方向和速度方向不在同一直线，做曲线运动，故B错误；根据图像知，无人机在t2时刻上升至最高点，故C错误；无人机在0～t1时间内，加速度斜向上，无人机处于超重状态，故D错误。11．(13分)如图1所示是某科技馆内的空中悬浮的娱乐风洞装置，通过制造和控制向上气流把人“吹”起来，体验太空飘浮的感觉，图2为圆柱形竖直管道的简化示意图。现有一位游客悬浮在A点，气流突然消失，游客开始做自由落体运动，当下落到B点时立即开启更强的气流，使气流对游客的向上冲击力为游客重力的4倍，游客下落到C点时速度恰好减为零。已知A、B两点间的高度差h＝4.05m，重力加速度g取10m/s2。(1)求游客体验到完全失重的时间；(2)求B、C两点间的高度差；(3)求游客下落过程的平均速度大小。【解析】(1)下落h＝4.05m内做自由落体运动，处于完全失重状态，根据h＝eq\f(1,2)gt2解得时间为：t＝eq\r(\f(2h,g))＝eq\r(\f(2×4.05,10))s＝0.9s。(2)速度v＝gt＝10×0.9m/s＝9m/s，末速度vt＝0，根据牛顿第二定律知加速度为：a＝－eq\f(4mg－mg,m)＝－3g＝－30m/s2。根据速度位移关系知B、C两点间的高度差为：h′＝eq\f(0－v2,2a)＝eq\f(0－92,－2×30)m＝1.35m(3)到C的时间为：t′＝eq\f(0－v,a)＝eq\f(0－9,－30)s＝0.3s游客下落过程的平均速度为：eq\x\to(v)＝eq\f(h＋h′,t＋t′)＝eq\f(4.05＋1.35,0.9＋0.3)m/s＝4.5m/s答案：(1)0.9s(2)1.35m(3)4.5m/s【创新应用练】(5分钟10分)12．上海中心大厦是由美国Gensler建筑设计事务所设计，总高度632m，是世界第二高建筑，游客乘坐世界最快观光电梯从观景台下行开始经历加速、匀速、减速的过程恰好到达地面只需70s，运行的最大速度为10m/s。东东同学将一台秤静置于观光电梯地板上，将质量为2.4kg的物体放置于台秤上，在电梯加速阶段台秤示数为22.8N，电梯减速运动到地面的时间为10s，若电梯加速、减速过程可视为匀变速直线运动，匀速运动时的速度达到最大值，求：(1)电梯在加速下降过程中，电梯中乘客处于超重还是失重状态；(2)观景台的高度；(3)电梯减速阶段物体对台秤的压力。【解析】(1)电梯在加速下降过程中，加速度向下，电梯中乘客处于失重状态(2)在加速下降过程中，加速度大小为：a＝eq\f(mg－FN,m)＝0.5m/s2。加速运动的时间为：t1＝eq\f(v,a)＝20s。通过的位移为：x1＝eq\f(v