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文档简介
第17讲:超重和失重
一:知识精讲归纳
考点一、超重和失重
1.视重:体重计的丞数称为视重,反映了人对体重计的压力.
2.失重
(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力M迂物体所受重力的现象.
(2)产生条件:物体具有竖直向下(选有“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度.
3.超重
(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)珏物体所受重力的现象.
(2)产生条件:物体具有竖直向上(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度.
4.完全失重
(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等王雯的状态.
(2)产生条件:a=g,方向竖直向下.
大重难点规律总结:
1.对视重的理解
当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上相对静止时,弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”,大小等于弹簧测
力计所受的拉力或台秤所受的压力.
当物体处于超重或失重状态时,物体的重力并未变化,只是视重变了.
2.超重、失重的比较
特征视重(F)与
加速度运动情况受力图
状态直力的关系
静止或匀速t尸
平衡a=0F=mg
直线运动1
竖直向.上由F—mgF
向上加速
超重或有竖直=ma得
或向下减速■1
向上分量F=m(g-\-a)>mg〃话
竖直向下由mg—FF
向下加速或11
失重或有竖直=ma得j!
向上减速1
向下分量F=m(g—a)<mg
自由落体
[
完全g
a=gF=0运动、抛
失重
体运动•/ng
二:考点题型归纳
题型一:超重和失重的概念
1.(2023春・浙江•高一校联考期末)图示为宁波方特游乐园中的一个游乐项目“大摆锤”,该项目会让游客体会到超
重与失重带来的刺激。以卜.关于该项目的说法正确的是()
A.当摆锤摆动到最高点时,游客会体会到明显的超重
B.当摆锤摆动到最低点时,游客会体会到明显的失重
C.当摆锤摆动到最低点时,游客会体会到明显的超重
D.当摆锤摆动到最低点时,游客可能会体会到完全失重
2.(2023春・广东湛江•高一湛江二十一中校考期中)从飞机起飞后,攀升过程中,假设竖直方向向上先做加速运动
后做减速运动,该过程飞行员()
A.一直处于失重状态
B.先处于超重状态,后处于失重状态
C.先处于失重状态,后处于超重状态
3.(2023秋•云南丽江.高一统考期末)如图所示姚明正在扣篮,其跳起过程可分为下蹲、蹬地、离地上升、下落四
个过程,忽略空气阻力,下列关于蹬地和离地上升两个过程的说法中正确的是(设蹬地的力为恒力)()
A.前过程为超重,后过程为完全失重
B.两过程中姚明都处在失重状态
C.前过程为超重,后过程不超重也不失重
D.两过程中姚明都处在超重状态
题型二:电梯中的超失重问题分析
4.(2023春・广东汕头•高一统考期末)小杰利用手机phyphox,软件绘制了电梯从一楼上升到七楼过程中的速度一
时间图像,如图甲所示,为简化问题,将图线简化为图乙,已知/=0时电梯处于静止状态,由图乙可知()
时间(s)
乙
A.在此过程中电梯上升的高度约为15m
B.28-30s内电梯处于超重状态
C.10-11s内电梯的加速度大小约为0.56m/s2
D.10-30s内电梯的平均速度大小为0.75m/s
5.(2023春•陕西西安•高一校联考期末)一个质量为50kg的同学站在电梯底板上,如图所示的UT图像是计算机显
示的观光电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。根据图像提供的信息,可以判断下列说法中
正确的(g=IOm/s?)()
A.在5〜10s内,该同学对电梯底板的压力等于480N
B.在0~5s内,电梯在加速上升,该同学处于失重状态,对电梯底板的压力等于480N
C.在l0~20s内,该同学所受的支持力为490N,该同学处于失重状态
D.在20〜25s内,电梯在加速下降,该同学处于超重状态,对电梯底板的压力等于510N
6.(2()23•全国•高一专题练习)目前大部分手机都内置了加速度传感器,某同学在电梯内利用手机测量电梯运行时
的加速度,得到图1所不的图线,经计算机处理后将图线简化为图2所不的图像。已知该同学的质量为60kg,
,=0时电梯处于静止状态,规定竖直向上为正方向,则下列说法正面的是(g=10m/s2)()
0.005.0010.015.020.0-0.5
时间(s)
图1图2
A.,=16s时电梯开始向下运动
B.4~9s内该同学先处于超重状态,后处于失重状态
C.整个过程中,电梯的最大速度大小约为2.5m/s
D.整个过程中,该同学受到的最大支持力为630N
题型三:完全失重问题
7.(2023・全国•高一专题练习)蹦极是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空〃点自由下落,图中。点
是弹性绳的原长位置,。是人所到达的最低点,。是人静止悬吊时的位置,人在从〃点下落到最低点c点的过程中,
下列说法错误的是()
•h
\c
A.在p”段做自由落体运动,处于完全失重状态
B.在"段绳的拉力先小于人的重力后大于人的重力,速度先增大后减小,加速度先减小后增大
C.在8点速度最大,加速度为零
D.在c点,速度为零,处于平衡状态
8.(2023・全国•高一假期作业)2021年9月17日,搭载着3名英雄航天员的神舟十二号载人飞船返回舱成功着陆于
东风着陆场,标志着神舟十二号返回任务取得圆满成功,航天员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失
重的考验,下列说法正确的是()
A.火箭加速上升时,航天员处于超重状态
B.火箭加速上升时,航天员对座椅的压力小于自身重力
C.在飞船绕地球运行时,航天员处于完全失重状态,则航天员的重力消失了
D.飞船落地前减速下落时,航天员处于失重状态
9.(2022秋.安徽芜湖.高一统考期末)2021年5月15日,我国天问一号着陆器成功着陆火星表面,式运动过程可
以简化为:脱离环绕器后分别经历气动减速、降落伞减速和动力减速三个阶段,接着在距离火星表面约100米处悬
停,经过对着陆点的探测,最后匀速平稳着陆。若着陆全程可视为竖直方向的运动,则卜.列说法正确的是()
A.随环绕静绕火星运行阶段,着陆器处于超重状态
B.减速下降阶段,着陆器处于完全失重状态
C.悬停阶段,着陆器不受力
D.匀速下降阶段,着陆器处于平衡状态
题型四:与F-t图像问题
10.(2023・全国•高一专题练习)图甲是莱芜一中尚清华同学站在接有力传感器的板上做下蹲、起跳动作的示意图,
图中的。点表示他的重心。图乙是传感器所受压力随时间变化的图像,图像上〃、%两点的纵坐标分别为900N和
300N,重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力。根据图像分析可知()
A.尚清华的重力可由〃点读出,为300N
B.尚清华在b到c的过程中先处于超重状态再处于失重状态
C.尚清华在双脚与板不接触的过程中处于完全失重状态
D.尚清华在b点对应时刻的加速度大于在c点对应时刻的加速度
11.(2023・全国•高一假期作业)某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验,在电
梯天花板上固定一个力传感器,测量挂钩向下,并在挂钩上悬挂一个重为10N的钩码,在电梯运定过程中,计算机
显示屏上显示出如图所示图象,以下根据图象分析所得结论错误的是()
A.该图象显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况
B.从时刻〃到/2,钩码处于失重状态,从时刻/3到4钩码处于超重状态
C.电梯可能先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后静止
D.电梯可能先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后静止
12.(2016春・青海海东・高一平安一中阶段练习)某实验小组利用DIS系统在电梯内研究超重和失重现象,他们在
电梯地板上放置一个压力传感器,在传感器上放一个质量为2kg的布娃娃,如图甲所示,实验中计算机显示出传感
器所受压力大小随时间变化的关系如图乙所示,则(g=10m/s2)()
甲乙
A.从4到,2,布娃娃处于失重状态
B.从G到,4,布娃娃处于超重状态
C.电梯可能先停在高楼层,经加速向下,匀速向下、减速向下过程,最后停在底楼层
D.电梯可能先停在底楼层,经加速向上,匀速向上,减速向上过程,最后停在高楼层
题型五:超重、失重的有关计算
13.(2023・全国•高一专题练习)小红和小明用体重计研究人在观光升降电梯中的超重和失重现象。在升降电梯内的
地板上放一-体重计,电梯静止时小红站在体重计上。在升降电梯运动过程中,小明观察到体重计的示数/随时间,变
化的图像如图所示。已知升降电梯从7=0时经历了三个阶段:由静止开始匀加速运动、匀速运动利匀减速运动,在
2
f=13s时停止,^=10m/so下列说法正确的是()
-F/N
550-
500h
021213t/s
A.小红在0〜2s内重力增加了,小红处于超重状态
B.升降电梯在小明观察的这段时间内向下运动
C.小红在2~12s内匀速运动的速度为2m/s
D.小红在0~13s内位移为22m
14.(2023秋•山东淄博•高一校考期末)(课本题)一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重状态。一个可乘坐二
十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上,由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由落卜二落到一定位置时,制
动系统启动,到地面时刚好停下。已知座舱开始下落时的高度为76m,当落到离地面28m的位置时开始制动,座舱
做匀减速运动。若座舱中某人的质量为50kg的人,当座舱落到离地面50m的位置时,人对座舱的压力是多少?当
座舱落到离地面15m的位置时,人对座舱的压力是多少?
15.(2022秋・天津•高一统考期末)一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重。一个可乘十多个人的环形座舱套装
在竖直柱子上,由升降机送上几十米的高处,然后让座舱自由落下。落到一定位置时,制动系统启动,到地面时刚
好停下3已知座舱开始下落时的高度为75m,当落到离地面30m的位置时开始制动,座舱匀减速下落。若座舱中某
人用手托着重50N的铅球。忽略摩擦和空气阻力,g=10m/s2。求:
(1)座舱下落的最大速度;
(2)当座舱下落35m的位置时,手对铅球的托力多大;
(3)当座舱落到离地面15m的位置时,手要用多大的力才能托住铅球。
三:课堂过关精练
一、单选题
16.(2023春・北京平谷•高一统考期末)很多智能手机都有加速度传感器,能通过图像显示加速度情况。用手掌托着
手机,打开加速度传感器,手掌从静止开始迅速上下运动,得到如图所示的竖直方向上加速度随时间变化的图像,
该图像以竖直向上为正方向。由此可判断出()
A.在乙~4时间内手机处于超重状态,在,2时间内手机处于失重状态
B.手机在4时刻运动到最高点
C.手机在G时刻改变运动方向
D.手机可能离开过手掌
17.(2023春・湖南怀化•高一统考期末)小华同学家住某高层住宅小区AOO1栋24楼,清晨小华上学乘电梯从24楼
到1楼的—图像如图,根据图像结合所学物理知识判断下列说法不正确的是()
A.O~4s内电梯做匀加速直线运动,加速度为Im/s?
B.4〜16s内电梯做匀速直线运动,速度保持4m/s不变
C.16~24s内,电梯做匀减速直线运动,处于失重状态
D.0〜24s内,此人经过的位移为72m
18.(2023秋•高一课时练习)一名质量为60kg的工人,站在竖直向上运动着的升降机底板上。他看到升降机上挂
着一个重物的弹簧测力计的示数为40N,已知该重物的质量为5kg。弹簧测力计的质量忽略不计c(g取lOm/s?)
(1)先根据受力情况判断重物的加速度的方向,并指出重物是处于超重状态还是失重状态。,再求出重物的加速度
的大小。
(2)这时该工人对升降机底板的压力是多大?
(3)如果悬挂测力计的悬线突然从八点断开,则此时重物的加速度有何变化?
19.(2023秋•高一课时练习)太空探索已成为众多青年才俊的志向,很多年轻人都立志做一名遨游太空的宇航员。
但要成为一名宇航员,需具备一定的耐受力能力。在飞船加速过程中,宇航员处于超重状态。人们把这种状态下宇
航员对座椅的压力网与静止在地球表面时所受重力,咫的比值,称为耐受力值,用々表示。在选拔宇航员时,要求
其耐受力值为4WK12。若某次宇宙飞船执行任务过程中,在飞船起飞阶段宇航员的耐受力值为=4.2,而重返大气层
阶段飞船以。2=5.2m/s2的加速度竖直向下减速运动。设宇航员质量”i=75kg,求:(g取lOm/s?)
(1)飞船起飞阶段加速度内的大小;
(2)返回大气层时宇航员的耐受力值公。
四:高分突破精练
一、单选题
20.(2023・全国•高一专题练习)在升降机里,一个小球系于弹簧下端,如图所示,升降机静止时,弹簧伸长4cm,
升降机运动时,弹簧伸长2cm,则升降机运动情况是()
A.以Im/s2的加速度加速下降
B.以4.9m/s2的加速度减速上升
C.以Im/s?的加速度加速上升
D.以4.9m/s2的加速度减速下降
21.(2023春・广东揭阳•高一统考期末)我国建设的落塔及塔内的落仓如图所示。某次实验时,后0时刻落仓由静止
开始自由下落,r=2s时开始减速,u4s时落仓速度变为0。已知2~4s内落仓做匀变速直线运动,忽略空气阻力,下
列说法正确的是()
落塔落仓
A.0~2s内落仓内的物体不受重力的作用
B.0〜2s内落仓内的物体处于完全失重状态
C.与0~2s内相比,2~4s内落仓下落的位移更小
D.曰.5s和/=2.5s两时刻落仓的加速度相同
22.(2023春・甘肃・高一校联考期末)如图所示,某同学站在正在运行的电梯中的体重秤上称体重,发现体重明显大
于在静止地面上称得的体重,则()
A.电梯一定在加速上升
B.电梯有可能在加速卜降
C.该同学受到的合力方向一定竖直向上
D.体重秤对该同学的支持力大于该同学对体重秤的压力
23.(2023春•山西•高一统考期末)蹦床运动是一种集竞技、健身、观皓和娱乐于一体的综合性运匆。某同学在练习
蹦床运动时在弹性网k安装压力传感器,利用压力传感器记录了他运动过程中所受蹦床弹力/随时间,的变化图像,
如图所示。不计空气阻力,取重力加速度人小g=10m/s20下列说法正确的是()
A.该同学在1.5s前处于静止状态,可推算出其质量为50kg
B.该同学在6.6s~7.4s内先处于失重状态,后一直处于超重状态
C.该同学在0〜7.4s内的最大加速度为10m/s2
D.该同学在0~7.4s内离开蹦床上升的最大高度为5m
24.(2D23・全国•高一专题练习)港珠澳大桥工程的技术及设备规模创造了多项世界纪录,被誉为“超级大国的超级
工程建造大桥过程中最困难的莫过于沉管隧道的沉放和精确安装,每节沉管隧道质量约8万吨,超过了一台中
型航母的质量。若将该沉管在向下沉放过程中看成是减速运动,关于此过程,下列说法正确的是()
A.沉管所受的合外力为()
B.沉管所受合外力不为0,且方向向下
C.该沉管处于超重状态
D.该沉管处于失重状态
25.(2023春・湖南•高一校联考期中)蹦极是一项极限运动,在做好充足防护的情况下,人们可以感受完全失重的刺
激。蹦极所用绳索的弹力大小遵循胡克定律,人下降过程中的加速度随位置变化的图像如图所示,图中
天一司二七一工2,已知蹦极者的质量为,力重力加速度为R(忽略空气阻力以及绳索的重力),下列说法正确的是()
A.从4到士,人处于失重状态B.从4到不,大处于超重状态
C.下降到巧时,人受到的拉力等于"田D.下降到七时,人受到的拉力大于2〃?g
26.(2023春・浙江杭州•高一校联考期中)人站在力传感器上完成下蹲和站起动作,传感器记录的力随时间变化图像
(尸T图)如图所示,则()
A.下蹲过程中最大加速度为6m9R.人在下蹲过程中,力的示数先变大,后变小
C.人在站起过程中,先失重后超重D.人在8s内完成了两次下蹲和两次站起动作
27.(2023春・湖南常德•高一汉寿县第一中学校考阶段练习)2022年8月20日,重庆山火肆虐,面对自然灾害,人
们并没有选择躺平。由摩托大军、志愿者团队、专业的消防人员与消防直升机组成的灭火军团,并肩作战,最终及
时将山火扑灭。下图是消防直升机携带盛满水的吊桶,悬停在空中籽水泼洒在火源上进行灭火的瞬间。下列有关说
法正确的是()
A.绳子对吊桶的拉力和吊桶对绳子的拉力是一对作用力和反作用力
B.绳子为j吊桶的拉力和吊桶的重力是一对平衡力
C.洒水过程中直升机处于失重状态
D.洒出的水在空中做自由落体运动
二、多选题
28.(2023春・浙江台州•高一浙江省临每市大田中学校考阶段练习)“蹦极”是一项非常刺激的体育运动,某人身系弹
性绳自高空中尸点由静止开始下落,如图所示,。点是弹性绳的原长位置,c点是人所能到达的最低位置,〃点是人
静止悬挂时的平衡位置,则在人从户点下落到c点的过程中,不计空气阻力。()
p
♦b
A.在叔段,人做自由落体运动,处于完全失重状态
B.在岫段,人的速度越米越小,人处于失重状态
C.在反段,人的加速度越来越大,人处于超重状态
D.在。点,人的速度为零,加速度也为零
29.(2023春•陕西安康•高一统考期末)2023年“五一”假期,张家界大山夹谷景区准备精彩纷呈的主题活动和项目,
玻璃桥处的蹦极吸引众多游客体验。“蹦极”是一项非常刺激的体育运动。游客身系弹性绳自高空户点自由下落,图
中〃点是弹性绳的原长位置,。是游客所到达的最低点,〃是游客静止地悬吊着时的平衡位置,不评空气阻力,游客
在从P点落下到最低点c的过程中()
A.游客在4段做自由落体运动,处于完全失重状态
B.在人点,游客的速度最大,其加速度为零
C.在从段绳的拉力大于人的重力,游客处于超重状态
D.在c点,游客的速度为零,其加速度为零
30.(2023春•云南大理•高一统考期末)质量为〃?的人站在电梯内,电梯从1楼上升到40楼,此过程中电梯速度u
随时间,变化的图像如图所示,重力加速度为g,下列说法正确的是()
AV
。八23
A.o~6时间内电梯对人的支持刀大于〃zgB.时间内人处于超重状态
C.时间内人处于超重状态D.时间内电梯对人的支持力不断增大
31.(2023春・广东汕头•高一统考期末)原地纵跳摸高是篮球运动员训练弹跳力的必备项目。如图所示,运动员小王
从直立状态开始屈腿下蹲,使重心下移,调整好姿势后,由静止开始发力,蹬地起跳后离开地面,竖直向上运动直
到最高点,空气阻力忽略不计,对以上运动过程分析正确的是()
A.蹬地起跳时,地面受到的压力和小王受到的支持力大小相等
B.蹬地起跳时,小王对地面的压力大于他的重力
C.屈腿下蹲过程,小王受到的重力和支持力是一对平衡力
D.到达最高点时,小王受力平衡
32.(2023春・湖南常德•高一统考期末)如图所示,某高中生在自家小区住宅楼的一客梯内研究超重和失重现象,将
质量为1kg的物体悬挂在弹簧测力计上,观察到测力计示数稳定为I2N,则该客梯当前状态及运行情况是()
A.该客梯处于失重状态
B.该客梯处于超重状态
C.该客梯可能向下做匀减速直线运动
D.该客梯可能向卜.做匀加速直线运动
33.(2023春•黑龙江哈尔滨•高一校考期中)某人乘电梯从24楼到1楼的—图像如图,下列说法正确的是()
A.O~4s内物体做匀加速直线运动,加速度为Im/s?
B.4〜16s内物体做匀速直线运动,速度保持4m/s不变
C.16~24s内,物体做匀减速直线运动,处于失重状态
D.0~24s内,此人经过的位移为72m
34.(2023秋•高一校考课M练习)神舟飞船返回时,3吨重的返回舱下降到距地面10km时,下降速度为200m/s。
再减速就靠降落伞了,先是拉出减速伞,16s后返回舱的速度减至80m/s,此时减速伞与返回舱分离。然后拉出主
伞,主伞张开后使返回舱的下降速度减至lOm/s,此时匕船距地面高度为1m,接着舱内4台缓冲发动机同时点火,
给飞船一个向上的反冲力,使飞船的落地速度减为零。将上述各过程视为匀变速直线运动,g=10向s2•根据以上材料
可得()
神身飞船返回图
A.减速伞工作期间返回舱处于失重状态
B.主伞工作期间返I司舱处于失重状态
C.减速伞工作期间返回舱的平均加速度大小为7.5m/s2
D.每台缓冲发动机的反冲推力约为返回舱重力的1.5倍
35.(2023・全国•高一专题练习)我国选手朱雪莹在2020年蹦床世界杯系列赛巴库站女子网上个人决赛中英勇夺冠。
若将弹簧床等效为竖直轻弹簧,一运动员在一次蹦床过程中从最低点由静止竖直向上运动的过程中(弹簧始终在弹
性限度内),其速度-时间图像如图所示,其中。而c段为曲线,直线片与曲线相切于c点,血部分关于E=0.3s对
称。已知该运动员的质量为45kg,等效弹簧的劲度系数为1.2x10、N,m,取g=10m/$2,不计空气阻力,则()
A.f=O3s时弹簧处于原长状态
B.1=08s时运动员到达最高处
C."0.1s时弹簧的压缩长度为75cm
D.0~0.3s内运动员处于失重状态
三、解答题
36.(2023秋•新疆乌鲁木齐•高一乌鲁木齐市第四中学校考期末)如图所示,一个质量M=50kg的人站在升降机的地
板上,升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计,测力计下挂着一个质量加=5kg的物体A当升降机向上运动时,他看
到弹簧则力计的示数为35N,g=10m/s2。求:
(1)升降机的加速度;
(2)此时人对地板的压力。
Ir
37.(2023秋•上海浦东新•高一上海市川沙中学校考期末)2020年1月24日4时30分,我国在中国文昌航天发射
场,用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,顺利将探测器送入预定轨道。如图所示为长征五
号系列运载火箭,其箭体长度56.97米,火箭起飞质量为860吨,初始的推力是10524千牛(忽略空气阻力)。求:
(1)火箭竖直向上起动时的加速度为多少?这一过程中,火箭处于超重还是失重状态?
(2)观察到火箭飞离发射塔用时8秒钟,估算发射塔的高度。
(3)随着火上升过程中燃料的消耗,火箭的质量减小,假设其推力大小不变,则其加速度大小将如何变化?
将逐渐增大,则火箭做加速度增大的变加速直线运动。
38.(2022.全国•高一假期作业)某同学用一手机传感器软件探究电梯上升过程中的超失重现象(如图甲所示),该
软件可以实时测量手机运动时的加速度。现该同学携带该手机进入电梯,先运行手机加速度传感器软件采集数据,
之后按卜.按钮电梯上升,传感器上显示电梯上升过程中,加速度。随时间,变化的情况如图乙所示,重力加速度
g=10m/s2o
(1)若该同学的体重为50kg,求上升阶段他对电梯的最大压力为多少:
(2)根据图乙中数据,试估算电梯一共上升的距离为多少。
39.(2022秋•上海崇明高一校考期末)电梯的厢壁上悬挂一个弹簧删力计,如图所示,弹簧测力计下悬挂0.5kg的
重物。当电梯由静止起向上做匀加速直线运动时,发现电梯在2s内上升了2层楼(每层高3m),求:
(1)这时弹簧测力计的示数应为多大?
(2)若某时刻发现测力计的示数为3N,通过计算说明此时电梯以多大的加速度向上做怎样的运动?
40.(2022秋.广东汕头.高一统考期末)神舟十三号在2021年10月16日。时23分成功发射,宇航员将在太空中开
启为期6个月的在轨驻留。火箭在发肘时向上的加速度很大,有一段时间的加速度a将达到3.5g。(=iOm/s2)
(1)火箭加速向上时,宇航员将承受超重考验还是失重考验?
(2)平时重力G=10N的体内脏器,在该过程中需要支持力尸多大?
(3)不久的将来,神舟十三号归来。假设返回舱距地面一定高度时开始启动降落伞装置,在距地面高度/?=1.25m时,
速度为y=10m/s,返回舱的缓冲发动机开始向下喷气,舱体再次减速。设最后减速过程中返回舱做匀减速直线运动,
并且到达地面时恰好速度为0,求最后减速阶段中质量/〃=60kg的宇航员对座椅的压力为多大?
第17讲:超重和失重
一:知识精讲归纳
考点一、超重和失重
1.视重:体重计的丞数称为视重,反映了人对体重计的压力.
2.失重
(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)4立物体所受重力的现象.
(2)产生条件:物体具的竖直向卜.(选有“竖直向上”或“竖直向卜”)的加速度.
3.超重
(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大王物体所受重力的现象.
(2)产生条件:物体具有竖直向体选有“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度.
4.完全失重
⑴定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态.
(2)产生条件:a=g,方向竖直向下.
大重难点规律总结:
1.对祝重的理解
当物体挂在弹簧测力计卜或放在水平台秤上相对静止时,弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”,大小等于弹簧测
力计所受的拉力或台秤所受的压力.
当物体处于超重或失重状态时,物体的重力并未变化,只是视重变广.
2.超重、失重的比较
特征视重(用与
加速度运动情况受力图
状态重力的关系
静止或匀
平衡4=0F=mg速LI
直线运动lag
竖直向上由F一〃ig向上加速r
超重或有竖直=ma得或向下减■\
向上分量产=〃?(g+4)>〃?g速'/ng
竖直向下由mg—F向下加速J
11
失重或有竖直=ma得或中
向下分量F=m(g-a)<mg向上减速
自由落体
完全g
a=RF=0运动、抛
失重
甲♦mg
体运动
二:考点题型归纳
题型一:超重和失重的概念
I.(2023春・浙江•高一校联考期末)图示为宁波方特游乐园中的一个游乐项目“大摆锤”,该项目会让游客体会到超
重与失重带来的刺激。以下关于该项目的说法正确的是()
A.当摆锤摆动到最高点时,游客会体会到明显的超重
B.当摆锤摆动到最低点时,游客会体会到明显的失重
C.当摆锤摆动到最低点时,游客会体会到明显的超重
D.当摆锤摆动到最低点时,游客可能会体会到完全失重
【答案】C
【详解】当摆锤由最高点向最低点摆动时,先具有向卜.的加速度分量,后有向上的加速度分量,即游客先体会到失
重后体会到超重。当摆锤摆动到最低点时,具有方向向上的最大加速度,此时游客体会到明显的超重。
故选C。
2.(2023春・广东湛江•高一湛江二十一中校考期中)从飞机起飞后,攀升过程中,假设竖直方向向上先做加速运动
后做减速运动,该过程飞行员()
A.一直处于失重状态
B.先处于超重状态,后处于失重状态
C.先处于失重状态,后处于超重状态
【答案】B
【详解】由题知,飞机攀升过程中,假设竖直方向向上先做加速运动后做减速运动,K机向上加速的过程中加速度
的方向向上,处于超重状态;飞机向上减速的过程中加速度的方向问下,处于失重状态。
故选B.
3.(2023秋•云南丽江•高一统考期末)如图所示姚明正在扣篮,其跳起过程可分为卜.蹲、蹬地、离地上升、下落四
个过程,忽略空气阻力,下列关于蹬地和离地上升两个过程的说法中正确的是(设蹬地的力为恒力)()
A.前过程为超重,后过程为完全失重
B.两过程中姚明都处在失重状态
C.前过程为超重,后过程不超重也不失重
D.两过程中姚明都处在超重状态
【答案】A
【详解】蹬地过程为加速上升,加速度向上,属于超重;离地上升为减速上升,加速度向卜等于重力加速度,属于
完全失重。
故选A,
题型二:电梯中的超失重问题分析
4.(2023春・广东汕头•高一统考期末)小杰利用手机phyphox,软件绘制了电梯从一楼上升到七楼过程中的速度-
时间图像,如图甲所示,为简化问题,将图线简化为图乙,已知/=0时电梯处于静止状态,由图乙可知()
时间(s)
乙
A.在此过程中电梯上升的高度约为15m
B.28-30s内电梯处于超重状态
C.10-lls内电梯的加速度大小约为0.56m/J
D.10-30s内电梯的平均速度大小为0.75m/s
【答案】C
【详解】A.在此过程中电梯上升的高度约为
力=gx1x(27.5-11.8+30.0-10.Olm=17.85m
选项A错误;
B.28-3OS内电梯减速上升,加速度向下,处于失重状态,选项B错误;
C.10-lls内电梯的加速度大小约为
a--=——in/s2h0.56m/s2
Ar1.8
选项C正确;
D.10-30s内电梯的平均速度大小为
v=—=m/s=o.89m/s
t20
选项D错误。
故选C.
5.(2023春.陕西西安•高一校联考期末)一个质量为50kg的同学站在电梯底板上,加图所示的UT图像是计算机显
示的观光电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。根据图像提供的信息,可以判断下列说法中
正确的(g=10m/s2)()
A.在5~10s内,该同学对电梯底板的压力等于480N
B.在0~5s内,电梯在加速上升,该同学处于失重状态,对电梯底板的压力等于480N
C.在10~20s内,该同学所受的支持力为490N,该同学处于失重状态
D.在20~25s内,电梯在加速下降,该同学处于超重状态,对电梯底板的压力等于510N
【答案】C
【详解】A.由UT图像可知,在5Tos内,电梯做匀速运动,处于平衡状态,可知该同学对电梯底板的压力为
N=,〃g=500N
故A错误;
B.在0〜5s内,电梯在加速上升,加速度方向向上,该同学处于超重状态,对电梯底板的压力大于500N,故B错
误;
C.在10~20s内,电梯在减速上升,加速度方向向下,该同学处于失重状态,根据UT图像可知,加速度大小为
2,
a=——m/s2=0.2m/s?
10
根据牛顿第二定律可得
mg-N=ma
解得该同学所受的支持力为
N=490N
故C正确;
D.在20~25s内,电梯在加速下降,加速度方向向下,该同学处于失重状态,对电梯底板的压力小于500N,故D
错误。
故选c。
6.(2023・全国•高一专题练习)目前人部分手机都内置了加速度传感器,某向学在电悌内利用手机测量电悌运行时
的加速度,得到图1所示的图线,经计算机处理后将图线简化为图2所示的。一图像。已知该同学的质量为60kg,
/=0时电梯处于静止状态,规定竖直向上为正方向,则下列说法正询的是(g=l()m/s2)()
时间(s)
图1图2
A.I=16s时电梯开始向下运动
B.4~9s内该同学先处于超重状态,后处于失重状态
C.整个过程中,电梯的最大速度大小约为2.5m/s
D.整个过程中,该同学受到的最大支持力为630N
【答案】D
【详解】A.依题意,结合4T图像可知,电梯先向上加速,然后匀速,接着再减速,在/=16s时电梯的加速度方
向开始竖直向下,所以可知电梯在£=16s时开始减速向上运动,故A错误;
B.该同学的加速度与电梯加速度相同,在4~9s内,电梯的加速度方向一直竖直向上,所以该同学一直处于超重状
态,故B错误;
C.根据。-图像围成的面积表示速度的改变量,由图像可知(大于半格的算一格,不足半格的舍去),整个过程中,
电梯在r=9s时达到最大速度,可得最大速度大小约为
vm«17x0.1xlin/s=1.7rn/s
故C错误;
D.由〃T图像可知整个过程中,该同学竖直向上的最大加速度为Q5m/s2,根据牛顿第二定律可得
FN-mg=ma
其受到的最大支持力为
%=m(g+a)=60X(1()+0.5)N=630N
故D正确。
故选D,
题型三:完全失重问题
7.(2023・全国•高一专题练习)蹦极是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空〃点自由下落,图中。点
是弹性绳的原长位置,C是人所到达的最低点,。是人静止悬吊时的位置,人在从〃点下落到最低点,点的过程中,
A.在外段做自由落体运动,处于完全失重状态
B.在亚段绳的拉力先小于人的重力后大于人的重力,速度先增大后减小,加速度先减小后增大
C.在b点速度最大,加速度为零
D.在。点,速度为零,处于平衡状态
【答案】D
【详解】A.〃点是弹性绳的原长位置,故。点之前人只受重力,人做自由落体运动,处于完全失重状态,故A正
确,不符合题意;
B.在〃c段绳的拉力先小于人的重力后大于人的重力,由牛顿第二定律知加速度先减小后增大,物体先加速运动,
后减速运动,所以速度先增大后减小,故B正确,不符合题意;
C.b是人静止悬吊时的位置,所以此点拉力等于重力,此位置加速度为零,速度最大,故C正确,不符合题意;
D.c是人所到达的最低点,故c点速度为零,但受到合力不为零,有向上的加速度,故D错误,符合题意。
故选D,
8.(2023・全国•高一假期作业)2021年9月17日,搭载着3名英雄航天员的神舟十二号载人飞船返回舱成功着陆于
东风着陆场,标志着神舟十二号返回任务取得圆满成功,航天员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失
重的考验,下列说法正确的是()
A.火箭加速上升时,航天员处于超重状态
B.火箭加速上升时,航天员对座椅的压力小于自身重力
C.在飞船绕地球运行时,航天员处于完全失重状态,则航天员的重力消失了
D.飞船落地前减速下落时,航天员处于失重状态
【答案】A
【详解】AB.火箭加速上升时,加速度方向向上,根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力,
航天员处于超重状态,对座椅的压力人于自身重力,故A正确,B错误;
C.航天员处于完全失重状态时,仍然受重力,故C错误;
D.飞船落地前减速下落时,加速度方向向上,根据牛顿第二定律可知航天员受到的支持力大于自身的重力,航天
员处于超重状态,故D错误。
故选A,
9.(2022秋.安徽芜湖.高一统考期末)2021年5月15日,我国天间一号着陆器成功着陆火星表面,其运动过程可
以简化为:脱离环绕器后分别经历气动减速、降落伞减速和动力减速三个阶段,接着在距离火星表面约100米处悬
停,经过对着陆点的探测,最后匀速平稳着陆。若着陆全程可视为竖直方向的运动,则下列说法正确的是()
A.随环绕器绕火星运行阶段,着陆器处于超重状态
B.减速下降阶段,着陆器处于完全失重状态
C.悬停阶段,着陆器不受力
D.匀速下降阶段,着陆器处于平衡状态
【答案】D
【详解】A.随环绕器绕火星运行阶段,着陆器处于失重状态,故A错误:
B.减速下降阶段,加速度方向向上,着陆器处于超重状态,故B错误;
C.悬停阶段,着陆器受火星对其的引力和反向推力,处于平衡状态,故C错误;
D.匀速下降阶段,着陆器受力平衡,处于平衡状态,故D正确。
故选D,
题型四:与F-t图像问题
10.(2023・全国•高一专题练习)图甲是莱芜一中尚清华同学站在接有力传感器的板上做下蹲、起跳动作的示意图,
图中的。点表示他的重心。图乙是传感器所受压力随时间变化的图像,图像上。、〃两点的纵坐标分别为900N和
300N,重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力。根据图像分析可知()
甲乙
A.尚清华的重力可由8点读出,为300N
B.尚清华在b到。的过程中先处于超重状态再处于失重状态
C.尚清华在双脚与板不接触的过程中处于完全失重状态
D.尚清华在b点对应时刻的加速度大于在c点对应时刻的加速度
【答案】C
【详解】A.开始时人处于平衡状态,人对传感器的压力为900N,人的重力也为900N,选项A错误;
B.〃到。过程中,人对板的压力先小于人的真实重力,后大于人的真实重力,则人先处于失重状态言处于超重状态,
选项B错误;
C.离开板后人只受重力的作用,处于完全失重状态,选项C正确;
D.8点对应时刻弹力与重力的差值要小于c•点对应时刻弹力与重力的差值,则人在点对应时刻的加速度要小于在
。点对应时刻的加速度,选项D错误。
故选C。
11.(2023・全国•高一假期作业)某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验,在电
梯天花板上固定一个力传感器,测量挂钩向下,并在挂钩上悬挂一个重为1ON的钩码,在电梯运引过程中,计算机
显示屏上显示出如图所示图象,以下根据图象分析所得结论错误的是()
4F/N
06t26t4t/s
A.该图象显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况
B.从时刻〃到Z2,钩码处于失重状态,从时刻/3到小钩码处于超重状态
C.电梯可能先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后静止
D.电梯可能先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后静止
【答案】D
【详解】A.题图中图象显示了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况。故A正确,不符合题意;
B.Of,钩码受力平衡;。72,拉力小于10N,钩码处于失重状态;,2~仃,钩码受力平衡;门~5拉力大于10N,
钩码处于超重状态。故B正确,不符合题意;
CD.由于不知道电梯运动方向,则电梯可能先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后静止:电梯也可能先
匀速向上,接着减速向上,再静止,然后加速向上,最后匀速。故C正确,不符合题意,D错误,符合题意。
故选D,
12.(2016春・青海海东・高一平安一中阶段练习)某实验小组利用DIS系统在电梯内研究超重和失重现象,他们在
电梯地板上放置一个压力传感器,在传感器上放一个质量为2kg的布娃娃,如图甲所示,实验中计算机显示出传感
器所受压力大小随时间变化的关系如图乙所示,则(g=10m/s2)()
A.从4到,2,布娃娃处于失重状态
B.从G到,4,布娃娃处于超重状态
C.电梯可能先停在高楼层,经加速向下,匀速向下、减速向下过程,最后停在底楼层
D.电梯可能先停在底楼层,经加速向上,匀速向上,减速向上过程,最后停在高楼层
【答案】D
【详解】A.从时该。到f-物体受到的压力大于重力时,物体处于超重状态,加速度向上,故A错误;
B.从时刻G到口,物体受到的压力小于重力,物块处于失重状态,加速度向下,故B错误;
C.如果电梯开始停在高楼层,先加速向下,接着匀速向下,再减速向下,最后停在低楼层,那么应该是压力先等
于重力、再小于重力、然后等于重力、大于重力、最后等于重力,故C错误;
D.如果电梯开始停在低楼层,先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后停在高楼层,那么应该从图象可以
得到,压力先等于重力、再大于重力'然后等于重力、小于重力、最后等于重力,故D正确。
故选D,
题型五:超重、失重的有关计算
13.(2023・全国•高一专题练习)小红和
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