2020高中物理 第四章 運(yùn)動和力的關(guān)系 超重和失重練習(xí)（含解析）第一冊

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE21-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精6.超重和失重1．認(rèn)識超重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生超重現(xiàn)象的條件和實質(zhì)。2．認(rèn)識失重現(xiàn)象，理解產(chǎn)生失重現(xiàn)象的條件和實質(zhì)。3．能用超重、失重的觀點分析支持力或拉力的大小。4．了解常見的超重、失重現(xiàn)象。一、重力的測量1．重力：在地球表面附近，物體由于地球的eq\o(□,\s\up3(01))吸引而受到的力。2．重力的測量方法(1)公式法：先測量物體做自由落體運(yùn)動的加速度g,再用eq\o（□，\s\up3（02））天平測量物體的質(zhì)量，根據(jù)G＝mg算出重力大小。（2)平衡條件法：將待測物體懸掛或放置在測力計上，使它處于eq\o(□，\s\up3(03））靜止?fàn)顟B(tài)。這時物體所受的重力和測力計對物體的拉力或支持力的大小相等.這是測量重力最常用的方法。二、超重和失重人站在體重計上向下蹲的過程中，體重計的示數(shù)會eq\o（□,\s\up3(01））變化。體重計的示數(shù)稱為eq\o（□，\s\up3（02）)視重,反映了eq\o(□,\s\up3(03)）人對體重計的壓力.1．超重（1)定義：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦?eq\o(□,\s\up3(04))大于物體所受重力的現(xiàn)象.（2）產(chǎn)生條件：物體具有eq\o（□,\s\up3(05）)向上的加速度.2．失重(1)定義:物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ〆q\o(□,\s\up3（06)）小于物體所受重力的現(xiàn)象。(2）產(chǎn)生條件：物體具有eq\o(□，\s\up3（07））向下的加速度。（3)完全失重①定義：物體對支持物(或懸掛物)eq\o（□,\s\up3（08))完全沒有作用力的現(xiàn)象。②產(chǎn)生條件：a＝eq\o（□,\s\up3（09）)g，方向eq\o(□,\s\up3（10））豎直向下.判一判（1）在地球表面附近，無論物體處于什么狀態(tài)，物體對懸繩的拉力都與重力大小相等.（）(2)在水平面上做勻速直線運(yùn)動的火車中，可以用彈簧秤測量物體的重力大小.（)（3)物體處于超重狀態(tài)時重力增大了。(）（4）物體處于失重狀態(tài)時重力減小了。(）(5)物體處于超重或失重狀態(tài)時，物體的重力始終存在，大小也沒有變化。（)(6)做自由落體運(yùn)動的物體處于完全失重狀態(tài)。()提示：(1）×(2)√(3)×（4）×（5)√(6)√想一想向上運(yùn)動就是超重狀態(tài)，向下運(yùn)動就是失重狀態(tài)，這種說法正確嗎？提示:這種說法不正確。超重、失重現(xiàn)象的產(chǎn)生條件不是速度的方向向上或向下，而是加速度的方向向上或向下。加速度向上時，物體可能向上加速運(yùn)動，也可能向下減速運(yùn)動；加速度向下時，物體可能向下加速運(yùn)動，也可能向上減速運(yùn)動.所以判斷超重、失重現(xiàn)象要看加速度的方向，加速度向上時超重，加速度向下時失重.

課堂任務(wù)對超重和失重的理解仔細(xì)觀察下列圖片，認(rèn)真參與“師生互動”.站在體重計上向下蹲，你會發(fā)現(xiàn)，在下蹲的過程中，體重計的示數(shù)先變小，后變大,再變小。當(dāng)人靜止后,體重計的示數(shù)保持某一值不變，這是為什么?活動1：如圖所示，體重計的示數(shù)稱為視重,試用牛頓第二定律分析視重為什么會這樣變化？提示：體重計的示數(shù)反映了人對體重計的壓力，根據(jù)牛頓第三定律，人對體重計的壓力與體重計對人的支持力FN大小相等,方向相反。人在下蹲時受到重力G和體重計的支持力FN，這兩個力的共同作用使人在下蹲的過程中，先后經(jīng)歷加速、減速和靜止三個階段。以向下為正方向,由牛頓第二定律對這三個過程分別列式：mg－FN1＝ma1，mg－FN2＝－ma2，mg－FN3＝0,解得FN1＝m(g－a1)<mg，F(xiàn)N2＝m(g＋a2）〉mg，F(xiàn)N3＝mg.活動2：視重小于人的重力叫失重，視重大于人的重力叫超重.試分析人在體重計上站起過程中的超重和失重情況。提示：人站起的過程中，先加速后減速.以向上為正方向，由牛頓第二定律，有FN1－mg＝ma1,FN2－mg＝－ma2，解得FN1＝m（g＋a1)>mg，F(xiàn)N2＝m（g－a2）〈mg，即人開始超重，后來失重?；顒?：站在電梯里的體重計上，感受電梯啟動、運(yùn)行和制動過程中的超重和失重現(xiàn)象并總結(jié)。如果電梯自由下落，人會有什么感覺？提示：電梯勻速運(yùn)行時，人既不超重也不失重;電梯向上加速啟動時人超重，電梯向上減速制動時人失重；電梯向下加速啟動時人失重,電梯向下減速制動時人超重。如果電梯自由下落,人只受重力作用，不受電梯的支持力，體重計示數(shù)為0，人將感覺不到重力?；顒?：討論、交流、展示，得出結(jié)論。1．超重、失重現(xiàn)象的分析2．對超重和失重的理解(1）超重與失重現(xiàn)象僅僅是一種表象，無論是超重還是失重,物體所受的重力都沒有變化.（2)物體處于超重還是失重狀態(tài),只取決于加速度的方向，與物體的運(yùn)動方向無關(guān).（3)加速度的大小決定了超重或失重的程度。視重相對重力的改變量為ma,a為物體豎直方向的加速度。(4)完全失重是失重現(xiàn)象的極限。完全失重時，與重力有關(guān)的一切現(xiàn)象都將消失.(5）若物體不在豎直方向運(yùn)動，而加速度在豎直方向有分量，即ay≠0，則當(dāng)ay豎直向上時物體處于超重狀態(tài)，當(dāng)ay豎直向下時物體處于失重狀態(tài)。例質(zhì)量為60kg的人站在升降機(jī)中的體重計上，當(dāng)升降機(jī)做下列各種運(yùn)動時,體重計的讀數(shù)是多少？人處于什么狀態(tài)？（g取10m/s2）(1）升降機(jī)勻速上升；(2）升降機(jī)以3m/s2的加速度加速上升；(3)升降機(jī)以4m/s2的加速度加速下降。（1)如何求體重計的讀數(shù)？提示：體重計的讀數(shù)實質(zhì)是人對體重計的壓力大小,求出體重計對人的支持力，根據(jù)牛頓第三定律即可得出體重計的讀數(shù)。(2）如何求出體重計對人的支持力？提示:根據(jù)牛頓第二定律，結(jié)合加速度的方向列式F－mg＝ma或mg－F＝ma,即可求出F。［規(guī)范解答]人站在升降機(jī)中的體重計上，受力情況如圖所示.（1)當(dāng)升降機(jī)勻速上升時，由牛頓第二定律得F合＝FN－G＝0，所以人受到的支持力FN＝G＝mg＝600N,根據(jù)牛頓第三定律得人對體重計的壓力大小為600N，即體重計的讀數(shù)為600N，人處于平衡狀態(tài).(2)當(dāng)升降機(jī)以3m/s2的加速度加速上升時,由牛頓第二定律得FN－G＝ma,FN＝ma＋G＝m(g＋a）＝780N,由牛頓第三定律得，此時體重計的讀數(shù)為780N,大于人的重力，人處于超重狀態(tài)。（3）當(dāng)升降機(jī)以4m/s2的加速度加速下降時,由牛頓第二定律得G－FN＝ma，F(xiàn)N＝G－ma＝m(g－a）＝360N，由牛頓第三定律得，此時體重計的讀數(shù)為360N，小于人的重力，人處于失重狀態(tài)。［完美答案](1）600N平衡狀態(tài)(2)780N超重狀態(tài)(3）360N失重狀態(tài)超重和失重問題的解題步驟（1）確定研究對象,并對其進(jìn)行受力分析，畫出受力示意圖;(2)分析物體的運(yùn)動狀態(tài)，確定加速度的方向，并在受力示意圖旁邊標(biāo)出;（3）選取加速度的方向為正方向,根據(jù)牛頓第二定律列方程;（4)解方程，得到物體所受懸掛物的拉力或支持面的支持力；5由牛頓第三定律，判定物體對懸掛物的拉力或?qū)χС置娴膲毫εc物體重力的關(guān)系,從而判定物體處于超重還是失重狀態(tài)。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練］)圖甲是某人站在力傳感器上做下蹲、起跳動作時的示意圖，中間的“·”表示人的重心，圖乙是根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)畫出的力—時間圖線,兩圖中a～g各點均對應(yīng),其中有幾個點在圖甲中沒有畫出，取重力加速度g＝10m/s2。根據(jù)圖像分析可知(）A．人的重力為1500NB．c點位置人處于超重狀態(tài)C．e點位置人處于失重狀態(tài)D．人在d點位置的加速度小于在f點的加速度答案B解析開始時人處于平衡狀態(tài)，人對傳感器的壓力是500N，根據(jù)牛頓第三定律和平衡條件可知，人的重力也是500N，A錯誤；由圖乙可知，人處于c點時對傳感器的壓力大于其重力，處于超重狀態(tài),B正確；人處于e點時對傳感器的壓力大于其重力，處于超重狀態(tài)，C錯誤；人在d點時的加速度大小為a1＝eq\f（Fd－G,m)＝eq\f(1500－500，\f(500，10））m/s2＝20m/s2，人在f點時的加速度大小為a2＝eq\f（G－0,m）＝eq\f（500,\f（500，10））m/s2＝10m/s2，a1＞a2,則人在d點位置的加速度大于在f點的加速度,D錯誤。A組：合格性水平訓(xùn)練1。（超重、失重）下列關(guān)于超重、失重現(xiàn)象的描述中，正確的是（）A．電梯正在減速上升，人在電梯中處于超重狀態(tài)B．電梯正在加速下降,人在電梯中處于失重狀態(tài)C．舉重運(yùn)動員托舉杠鈴保持靜止，運(yùn)動員處于超重狀態(tài)D．列車在水平軌道上加速行駛，車上的人處于超重狀態(tài)答案B解析電梯正在減速上升，加速度向下，故電梯中的乘客處于失重狀態(tài)，A錯誤；電梯正在加速下降,加速度向下，故電梯中的乘客處于失重狀態(tài)，B正確；舉重運(yùn)動員托舉杠鈴保持靜止，豎直方向的加速度為0，運(yùn)動員既不處于超重狀態(tài)也不處于失重狀態(tài)，C錯誤；列車在水平軌道上加速行駛時,豎直方向的加速度為0,車上的人既不處于超重狀態(tài)也不處于失重狀態(tài)，D錯誤.2．(超重、失重）（多選)如圖所示,小敏正在做雙腳跳臺階的健身運(yùn)動。若忽略空氣阻力，小敏起跳后，下列說法正確的是()A．上升過程處于超重狀態(tài)B．下降過程處于超重狀態(tài)C．上升過程處于失重狀態(tài)D．下降過程處于失重狀態(tài)答案CD解析若忽略空氣阻力,小敏起跳后，在空中運(yùn)動的過程中只受重力，加速度就是重力加速度。故小敏起跳后，上升過程與下降過程均處于失重狀態(tài)，C、D正確。3．（超重、失重）如圖所示,A、B兩人用安全帶連接在一起,從飛機(jī)上跳下進(jìn)行雙人跳傘運(yùn)動，降落傘未打開時不計空氣阻力。下列說法正確的是()A．在降落傘未打開的下降過程中，安全帶的作用力一定為零B．在降落傘未打開的下降過程中，安全帶的作用力大于B的重力C．在降落傘未打開的下降過程中,安全帶的作用力等于B的重力D．在降落傘打開后減速下降過程中，安全帶的作用力小于B的重力答案A解析在降落傘未打開的下降過程中，A、B兩人一起做自由落體運(yùn)動，處于完全失重狀態(tài),A、B之間安全帶的作用力為零，A正確，B、C錯誤；在降落傘打開后減速下降過程中，加速度向上，則A、B處于超重狀態(tài)，故安全帶對B的拉力大于B的重力,D錯誤。4．（超重、失重)箱式電梯里的臺秤秤盤上放著一物體,在電梯運(yùn)動過程中，某人在不同時刻拍下了甲、乙、丙三張照片，如圖所示，乙圖為電梯勻速運(yùn)動時的照片。從這三張照片可判定(）A．拍攝甲照片時,電梯一定處于加速下降狀態(tài)B．拍攝丙照片時，電梯可能處于減速上升狀態(tài)C．拍攝丙照片時，電梯一定處于加速上升狀態(tài)D．拍攝甲照片時,電梯可能處于勻速下降狀態(tài)答案B解析由于乙圖是電梯勻速運(yùn)動時的照片，由照片可以看出此時物體的真實重量。甲圖的臺秤的示數(shù)大于物體的重量,物體處于超重狀態(tài)，電梯可能處于減速下降狀態(tài)或加速上升狀態(tài)，A、D錯誤；丙圖的臺秤的示數(shù)小于物體的重量，物體處于失重狀態(tài),此時電梯有向下的加速度,電梯可能做向下的加速運(yùn)動或者做向上的減速運(yùn)動，B正確，C錯誤.5．（超重、失重)如圖所示，質(zhì)量為m的小球掛在電梯的天花板上，電梯在以大小為eq\f（g，3)的加速度向下加速運(yùn)動的過程中，小球(）A．處于失重狀態(tài)，所受拉力為eq\f(mg,3）B．處于失重狀態(tài)，所受拉力為eq\f(2mg，3)C．處于超重狀態(tài),所受拉力為eq\f（mg，3）D．處于超重狀態(tài)，所受拉力為eq\f（4mg，3)答案B解析小球與電梯運(yùn)動狀態(tài)相同，小球的加速度的方向向下,處于失重狀態(tài)。對小球進(jìn)行受力分析，受重力mg和細(xì)線的拉力F作用，根據(jù)牛頓第二定律有：mg－F＝ma，所以細(xì)線的拉力為F＝mg－ma＝m（g－a）＝eq\f（2mg，3），B正確.6。(超重、失重)若貨物隨升降機(jī)運(yùn)動的v。t圖像如圖所示（豎直向上為正)，則貨物受到升降機(jī)的支持力F與時間t關(guān)系的圖像可能是(）答案B解析由題圖可知,貨物與升降機(jī)的運(yùn)動過程依次為加速下降、勻速下降、減速下降、加速上升、勻速上升、減速上升,故升降機(jī)與貨物所處的狀態(tài)依次為失重、平衡、超重、超重、平衡、失重，B正確。7．（超重、失重)在電梯中，把一物體置于臺秤上，臺秤與力傳感器相連，當(dāng)電梯從靜止起加速上升，然后又勻速運(yùn)動一段時間,最后停止運(yùn)動時，傳感器的熒屏上顯示出其受的壓力與時間的關(guān)系圖像如圖所示.試由此圖回答問題：（g取10m/s2)（1)該物體的重力是多少？電梯在超重和失重時物體的重力是否變化?(2)算出電梯在超重和失重時的最大加速度分別是多大(結(jié)果保留兩位小數(shù))？答案（1）30N不變（2)6。67m/s26。67m/s2解析(1）根據(jù)題意，4s到18s物體隨電梯一起勻速運(yùn)動，由共點力平衡條件與作用力和反作用力相等可知：物體對傳感器的壓力和物體的重力相等，即G＝30N；根據(jù)超重和失重的本質(zhì)得電梯在超重和失重時物體的重力不變.（2）物體質(zhì)量m＝eq\f(G,g)＝3kg，超重時：物體受到的支持力大小等于物體對傳感器的壓力大小，最大為50N,由牛頓第二定律得a1＝eq\f(F1－G，m）＝eq\f(50－30，3)m/s2≈6.67m/s2，方向向上.失重時:物體受到的支持力大小等于物體對傳感器的壓力大小，最小為10N,由牛頓第二定律得a2＝eq\f(G－F2，m）＝eq\f（30－10,3)m/s2≈6.67m/s2，方向向下。8．(綜合）一種巨型娛樂器械可以使人體驗超重和失重。一個可乘坐十多個人的環(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，制動系統(tǒng)啟動，到地面時剛好停下。已知座艙開始下落時的高度為75m,當(dāng)落到離地面30m的位置時開始制動，座艙均勻減速.重力加速度g取10m/s2，不計空氣阻力。（1）求座艙下落的最大速度的大??；(2）求座艙下落的總時間；(3)若座艙中某人用手托著重30N的鉛球,求座艙下落過程中球?qū)κ值膲毫Υ笮?。答案?）30m/s（2)5s(3)前45m球?qū)κ值膲毫榱悖?0m球?qū)κ值膲毫Υ笮?5N解析（1)座艙做自由落體運(yùn)動結(jié)束時速度最大，由自由落體速度與位移關(guān)系式v2＝2gh,可得座艙下落的最大速度的大小為v＝eq\r(2gh)＝eq\r（2×10×75－30)m/s＝30m/s。（2)由h＝eq\f（1,2)gteq\o\al（2，1)，可得自由落體運(yùn)動的時間t1＝eq\r（\f(2h,g)）＝3s。由勻變速運(yùn)動規(guī)律可得h2＝eq\f（v，2)t2,解得t2＝eq\f(2h2,v）＝2s.故座艙下落總時間t＝t1＋t2＝3s＋2s＝5s.(3)前45m人和鉛球都處于完全失重狀態(tài)，故球?qū)κ值膲毫榱?。勻減速階段，即后30m，鉛球的加速度大小a＝eq\f（v，t2)＝15m/s2。由牛頓第二定律可得N－mg＝ma，鉛球的質(zhì)量m＝eq\f（G，g)＝3kg,解得N＝mg＋ma＝75N，由牛頓第三定律可知球?qū)κ值膲毫Υ笮?5N。B組：等級性水平訓(xùn)練9．（超重、失重)在探究超重和失重規(guī)律時，某體重為G的同學(xué)站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動作。傳感器和計算機(jī)相連，經(jīng)計算機(jī)處理后得到壓力F隨時間t變化的圖像，則下列圖像中可能正確的是（）答案D解析先分析人的運(yùn)動，根據(jù)人的運(yùn)動確定加速度的方向，再根據(jù)牛頓第二定律或超失重的知識確定壓力的變化情況。人下蹲時先向下加速再向下減速最后靜止，所以下蹲過程中該同學(xué)先是處于失重狀態(tài)（壓力小于重力)，再處于超重狀態(tài)（壓力大于重力），最后靜止時壓力等于重力，D正確。10．(超重、失重）高蹺運(yùn)動是一項新型運(yùn)動，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)而帶動高蹺跳躍，如圖乙所示.不計空氣阻力，則下列說法正確的是（）A．人向上彈起的過程中，一直處于超重狀態(tài)B．人向上彈起的過程中，踏板對人的作用力大于人對踏板的作用力C．從最高點下落至最低點的過程，人先做勻加速運(yùn)動后做勻減速運(yùn)動D．彈簧壓縮到最低點時,高蹺對人的作用力大于人的重力答案D解析人向上彈起的過程，先加速后減速，所以先超重后失重，A錯誤；人向上彈起的過程中，踏板對人的作用力與人對踏板的作用力是一對相互作用力，大小是相等的，B錯誤;從最高點下落至最低點的過程，人先加速后減速,由于彈力在變化，所以不是勻變速運(yùn)動，C錯誤；彈簧壓縮到最低點