1、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 03-1 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
2、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 50 kg 的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多举起了 60 kg 的物体时，电梯加速度的大小和方向为(g10 m/s2)()A.2 m/s2 竖直向上 B53 m/s2 竖直向上C2 m/s2 竖直向下D53 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 Fmmg500 N，在电梯中人能举起 60 kg 物体，物体一定处于失重状态
3、，对 60 kg 的物体：mgFmma，即 a60050060 m/s253 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
4、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，木 水 铁)()AA 球将向上运动，B、C 球将向下运动BA、B 球将向上运动，C 球不动CA 球将向下运动，B 球将向上运动，C 球不动DA 球将向上运动，B 球将向下运动，C 球不动【解析】选 D。开始时
5、 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.
6、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
7、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，该同学用手机测出电梯减速时的加
8、速度为 0.65 m/s2，设该同学的质量为 60 kg，g 取 9.8 m/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：mgFNma；所以：FNmgma609.8 N600.65 N549 N；(3)当电梯对人的支持力等于 0 时 mamg；所以 ag9.8 m/s2。答案：(1)失重状态(2)549 N(3)
9、9.8 m/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()A0t1 时间内，v 增大，FNmgBt1t2 时间内，v 减小，FNmgCt2t3 时间内，v 增大，FNmg【解题指南】解答本题应注意以下三点：(1)s-t 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 s-t
10、 图像的斜率表示速度可知，在 0t1 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 FNmg，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，
11、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 0t1 时间内沿直线飞行B无人机在 t1t2 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 0t1 时间内处于失
12、重状态【解析】选 A。无人机在 0t1 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 t1t2 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 0t1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
13、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 h4.05 m，重力加速度 g 取 10 m/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 h4.05 m 内做自由落体运动，处于完全失重状态，根据 h12 gt2 解得时间为：t2hg 24.0510s0.9 s。(2)速度 vgt100.9 m/s9 m/s，末速度 vt0，根据牛顿第二定律知加速度为：a4mgmgm3g30 m/s2。根据速度位移关系知
14、B、C 两点间的高度差为：h0v22a092230 m1.35 m(3)到 C 的时间为：t0va0930 s0.3 s游客下落过程的平均速度为：v hhtt 4.051.350.90.3 m/s4.5 m/s答案：(1)0.9 s(2)1.35 m(3)4.5 m/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 632 m，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70 s，运行的最大速度为 10 m/s。东东同学将一台秤静置于观光电梯地板上，将质量为 2.4 kg的物体放置
15、于台秤上，在电梯加速阶段台秤示数为 22.8 N，电梯减速运动到地面的时间为 10 s，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：amgFNm0.5 m/s2。加速运动的时间为：t1va 20 s。通过的位移为：x1v2 t1100 m。匀减速通过的位移为：x3v2 t350 m。匀速运动的时间为：t2tt1t340 s通过的位移为：x2vt21040 m400 m故高度为：hx1x2x3550 m(3)在减速阶段，加速度大小为：avt3 1 m/s2。根据牛顿第二定律可知：FNmgma。解得：FN26.4 N。根据牛顿第三定律可得 FNFN26.4 N。答案：(1)失重状态(2)550 m(3)26.4 N