高中物理課時(shí)練習(xí)5-5超重與失重

二十三超重與失重【基礎(chǔ)全面練】(20分鐘50分)一、選擇題(本題共6小題，每題6分，共36分)1．(2021·威海高一檢測)2020年9月15日，我國在黃海海域用長征十一號海射運(yùn)載火箭，采用“一箭九星”方式將“吉林一號”高分03-1組衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。下列說法正確的是()A．火箭發(fā)射時(shí)，噴出氣體對火箭的作用力等于火箭的重力B．火箭在發(fā)射過程中慣性在增大C．火箭在發(fā)射階段處于失重狀態(tài)D．衛(wèi)星在預(yù)定軌道運(yùn)行時(shí)，處于完全失重狀態(tài)【解析】選D?；鸺c(diǎn)火加速上升時(shí)，噴出氣體對火箭的作用力大于火箭的重力，火箭才能向上加速，故A錯(cuò)誤；質(zhì)量是衡量慣性大小的唯一量度，火箭在發(fā)射過程中消耗燃料，質(zhì)量減小，故火箭的慣性減小，故B錯(cuò)誤；火箭在發(fā)射階段中加速度向上，故處于超重狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；衛(wèi)星在預(yù)定軌道運(yùn)行時(shí)，萬有引力充當(dāng)向心力，加速度指向地心，故衛(wèi)星處于完全失重狀態(tài)，故D正確。2．某人在地面上最多可舉起50kg的物體，當(dāng)他在豎直向上運(yùn)動(dòng)的電梯中最多舉起了60kg的物體時(shí)，電梯加速度的大小和方向?yàn)?g＝10m/s2)()A.2m/s2豎直向上 B．eq\f(5,3)m/s2豎直向上C．2m/s2豎直向下 D．eq\f(5,3)m/s2豎直向下【解析】選D。由題意可知，在地面上，人能承受的最大壓力為Fm＝mg＝500N，在電梯中人能舉起60kg物體，物體一定處于失重狀態(tài)，對60kg的物體：m′g－Fm＝m′a，即a＝eq\f(600－500,60)m/s2＝eq\f(5,3)m/s2，所以選項(xiàng)D正確。3.(2021·蘇州高一檢測)如圖所示為運(yùn)動(dòng)員跳高時(shí)的精彩瞬間，下列說法正確的是()A．運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)地面對他的支持力等于他所受的重力B．運(yùn)動(dòng)員起跳以后在上升過程中處于失重狀態(tài)C．運(yùn)動(dòng)員在最高點(diǎn)處于平衡狀態(tài)D．運(yùn)動(dòng)員在下降過程中處于超重狀態(tài)【解析】選B。運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)受到豎直向下的重力與豎直向上的支持力作用，運(yùn)動(dòng)員的加速度向上，地面對他的支持力大于他所受的重力，故A錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)員起跳以后在上升過程中運(yùn)動(dòng)員的加速度方向向下，運(yùn)動(dòng)員處于失重狀態(tài)，故B正確；運(yùn)動(dòng)員在最高點(diǎn)受到豎直向下的重力作用，加速度方向向下，運(yùn)動(dòng)員處于失重狀態(tài)，沒有處于平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)員在下降過程中加速度方向向下，運(yùn)動(dòng)員處于完全失重狀態(tài)，故D錯(cuò)誤。4.如圖所示，A、B、C為三個(gè)實(shí)心小球，A為鐵球，B、C為木球。A、B兩球分別連在兩根彈簧上，C球連接在細(xì)線一端，彈簧和細(xì)線的下端固定在裝水的杯子底部，該水杯置于用繩子懸掛的靜止吊籃內(nèi)。若將掛吊籃的繩子剪斷，則剪斷的瞬間相對于杯底(不計(jì)空氣阻力，ρ木＜ρ水＜ρ鐵)()A．A球?qū)⑾蛏线\(yùn)動(dòng)，B、C球?qū)⑾蛳逻\(yùn)動(dòng)B．A、B球?qū)⑾蛏线\(yùn)動(dòng)，C球不動(dòng)C．A球?qū)⑾蛳逻\(yùn)動(dòng)，B球?qū)⑾蛏线\(yùn)動(dòng)，C球不動(dòng)D．A球?qū)⑾蛏线\(yùn)動(dòng)，B球?qū)⑾蛳逻\(yùn)動(dòng)，C球不動(dòng)【解析】選D。開始時(shí)A球下的彈簧被壓縮，彈力向上；B球下的彈簧被拉長，彈力向下；將掛吊籃的繩子剪斷的瞬間，系統(tǒng)的加速度為g，為完全失重狀態(tài)，此時(shí)水對球的浮力視為零，小球的重力也視為零，則A球?qū)⒃趶椓ψ饔孟孪鄬τ诒紫蛏线\(yùn)動(dòng)，B球?qū)⒃趶椓ψ饔孟孪鄬τ诒紫蛳逻\(yùn)動(dòng)，C球相對于杯底不動(dòng)；故選D。5．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)過程中始終保持平動(dòng)，且忽略空氣阻力，則下列說法正確的是()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【解析】選D。題中幾種運(yùn)動(dòng)，對整體分析，都只受重力作用，運(yùn)動(dòng)加速度為g，方向向下，容器中的水處于完全失重狀態(tài)，對容器底部無壓力，故在底部的小孔處水不會(huì)漏出。故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。6．(2021·杭州高一檢測)如圖所示，甲圖為“娃娃跳”娛樂玩具示意圖，乙圖為該玩具結(jié)構(gòu)，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)高蹺跳躍。則下列說法中正確的是()A.人上升過程處于超重狀態(tài)B．人上升過程處于失重狀態(tài)C．人下落未壓縮彈簧過程處于完全失重狀態(tài)D．人下落壓縮彈簧過程中處于失重狀態(tài)【解析】選C。人向上彈起過程中，開始時(shí)加速度的方向向上，人處于超重狀態(tài)，最后的一段彈簧的彈力小于重力，人做減速運(yùn)動(dòng)，加速度的方向向下，處于失重狀態(tài)，故A、B錯(cuò)誤；人下落未壓縮彈簧過程中人的加速度為g，方向豎直向下，故人處于完全失重狀態(tài)，故C正確；人下落壓縮彈簧的過程中，人的加速度先向下，再向上，故先失重再超重，故D錯(cuò)誤。二、計(jì)算題(14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．物理課學(xué)習(xí)超重與失重現(xiàn)象后，某同學(xué)回家乘坐電梯時(shí)用心體會(huì)了一下，發(fā)現(xiàn)從電梯上升到靜止的過程中，他經(jīng)歷了先加速再勻速，最后減速的運(yùn)動(dòng)過程。每次都是在17層到18層(他住18層)的過程中，有明顯減速的感覺。有一天，該同學(xué)用測出電梯減速時(shí)的加速度為0.65m/s2，設(shè)該同學(xué)的質(zhì)量為60kg，g取9.8m/s2。求：(1)電梯從17層到18層減速過程中，該同學(xué)處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)？(2)減速過程中，電梯底面對該同學(xué)的支持力大小？(3)電梯以多大的加速度減速時(shí)，電梯底面對他的支持力為零？【解析】(1)由于人的加速度方向向下，所以人處于失重狀態(tài)；(2)由題可知，電梯的加速度方向向下，人的加速度方向也向下，由牛頓第二定律得：mg－FN＝ma；所以：FN＝mg－ma＝60×9.8N－60×0.65N＝549N；(3)當(dāng)電梯對人的支持力等于0時(shí)ma＝mg；所以a＝g＝9.8m/s2。答案：(1)失重狀態(tài)(2)549N(3)9.8m/s2【綜合突破練】(15分鐘40分)8.(9分)(2020·山東等級考)一質(zhì)量為m的乘客乘坐豎直電梯下樓，其位移s與時(shí)間t的關(guān)系圖像如圖所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小為g。以下判斷正確的是()A．0～t1時(shí)間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N>mgB．t1～t2時(shí)間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N<mgC．t2～t3時(shí)間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N<mgD．t2～t3時(shí)間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N>mg【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)s-t圖像的斜率表示速度；(2)物體加速時(shí)加速度方向和速度方向相同，減速時(shí)加速度方向和速度方向相反；(3)當(dāng)加速度方向豎直向上時(shí)物體處于超重狀態(tài)?！窘馕觥窟xD。由s-t圖像的斜率表示速度可知，在0～t1時(shí)間內(nèi)速度增加，即乘客加速下降，乘客的加速度豎直向下，所以乘客處于失重狀態(tài)，則FN<mg，A錯(cuò)誤；在t1～t2時(shí)間內(nèi)速度不變，即乘客勻速下降，則FN＝mg，B錯(cuò)誤；在t2～t3時(shí)間內(nèi)速度減小，即乘客減速下降，乘客的加速度豎直向上，所以乘客處于超重狀態(tài)，則FN>mg，C錯(cuò)誤，D正確。9.(9分)“蹦極”是一項(xiàng)非常刺激的體育運(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)是人靜止懸吊著時(shí)的平衡位置，人在從P點(diǎn)落下到最低點(diǎn)c的過程中()A.人在Pa段做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)B．人到a點(diǎn)后由于繩的拉力作用，開始做減速運(yùn)動(dòng)C．在bc段繩的拉力小于人的重力，人處于失重狀態(tài)D.在c點(diǎn)，人的速度為零，其加速度為零【解析】選A。人在Pa段只受重力，做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)，A正確；人到a點(diǎn)后，雖然受到繩子的拉力，但繩子的拉力小于重力，繼續(xù)做加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)b點(diǎn)后，在bc段繩的拉力大于人的重力，人處于超重狀態(tài)，B、C錯(cuò)誤；在c點(diǎn)，人的速度為零，此時(shí)拉力大于重力，加速度向上，D錯(cuò)誤。10．(9分)無人機(jī)在空中拍攝運(yùn)動(dòng)會(huì)入場式表演。無人機(jī)從靜止起飛上升并向前追蹤拍攝，飛行過程的水平方向速度vx和豎直向上的速度vy與飛行時(shí)間t的關(guān)系圖線如圖所示。下列說法可能正確的是()A.無人機(jī)在0～t1時(shí)間內(nèi)沿直線飛行B．無人機(jī)在t1～t2時(shí)間內(nèi)沿直線飛行C．無人機(jī)在t1時(shí)刻上升至最高點(diǎn)D．無人機(jī)在0～t1時(shí)間內(nèi)處于失重狀態(tài)【解析】選A。無人機(jī)在0～t1時(shí)間內(nèi)，初速度為零，速度方向和合力方向相同，無人機(jī)直線飛行，故A正確；無人機(jī)在t1～t2時(shí)間內(nèi)，水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，豎直方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，合力方向和速度方向不在同一直線，做曲線運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)圖像知，無人機(jī)在t2時(shí)刻上升至最高點(diǎn)，故C錯(cuò)誤；無人機(jī)在0～t1時(shí)間內(nèi)，加速度斜向上，無人機(jī)處于超重狀態(tài)，故D錯(cuò)誤。11．(13分)如圖1所示是某科技館內(nèi)的空中懸浮的娛樂風(fēng)洞裝置，通過制造和控制向上氣流把人“吹”起來，體驗(yàn)太空飄浮的感覺，圖2為圓柱形豎直管道的簡化示意圖?，F(xiàn)有一位游客懸浮在A點(diǎn)，氣流突然消失，游客開始做自由落體運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下落到B點(diǎn)時(shí)立即開啟更強(qiáng)的氣流，使氣流對游客的向上沖擊力為游客重力的4倍，游客下落到C點(diǎn)時(shí)速度恰好減為零。已知A、B兩點(diǎn)間的高度差h＝4.05m，重力加速度g取10m/s2。(1)求游客體驗(yàn)到完全失重的時(shí)間；(2)求B、C兩點(diǎn)間的高度差；(3)求游客下落過程的平均速度大小?！窘馕觥?1)下落h＝4.05m內(nèi)做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)，根據(jù)h＝eq\f(1,2)gt2解得時(shí)間為：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，根據(jù)牛頓第二定律知加速度為：a＝－eq\f(4mg－mg,m)＝－3g＝－30m/s2。根據(jù)速度位移關(guān)系知B、C兩點(diǎn)間的高度差為：h′＝eq\f(0－v2,2a)＝eq\f(0－92,－2×30)m＝1.35m(3)到C的時(shí)間為：t′＝eq\f(0－v,a)＝eq\f(0－9,－30)s＝0.3s游客下落過程的平均速度為：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【創(chuàng)新應(yīng)用練】(5分鐘10分)12．上海中心大廈是由美國Gensler建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所設(shè)計(jì)，總高度632m，是世界第二高建筑，游客乘坐世界最快觀光電梯從觀景臺下行開始經(jīng)歷加速、勻速、減速的過程恰好到達(dá)地面只需70s，運(yùn)行的最大速度為10m/s。東東同學(xué)將一臺秤靜置于觀光電梯地板上，將質(zhì)量為2.4kg的物體放置于臺秤上，在電梯加速階段臺秤示數(shù)為22.8N，電梯減速運(yùn)動(dòng)到地面的時(shí)間為10s，若電梯加速、減速過程可視為勻變速直線運(yùn)動(dòng)，勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度達(dá)到最大值，求：(1)電梯在加速下降過程中，電梯中乘客處于超重還是失重狀態(tài)；(2)觀景臺的高度；(3)電梯減速階段物體對臺秤的壓力?！窘馕觥?1)電梯在加速下降過程中，加速度向下，電梯中乘客處于失重狀態(tài)(2)在加速下降過程中，加速度大小為：a＝eq\f(mg－FN,m)＝0.5m/s2。加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：t1＝eq\f(v,a)＝20s。通過的位移為：x1＝eq\f(v