2020高中物理 第四章 运动和力的关系 超重和失重练习（含解析）第一册

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGE21-学必求其心得，业必贵于专精6.超重和失重1．认识超重现象，理解产生超重现象的条件和实质。2．认识失重现象，理解产生失重现象的条件和实质。3．能用超重、失重的观点分析支持力或拉力的大小。4．了解常见的超重、失重现象。一、重力的测量1．重力：在地球表面附近，物体由于地球的eq\o(□,\s\up3(01))吸引而受到的力。2．重力的测量方法(1)公式法：先测量物体做自由落体运动的加速度g,再用eq\o（□，\s\up3（02））天平测量物体的质量，根据G＝mg算出重力大小。（2)平衡条件法：将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于eq\o(□，\s\up3(03））静止状态。这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等.这是测量重力最常用的方法。二、超重和失重人站在体重计上向下蹲的过程中，体重计的示数会eq\o（□,\s\up3(01））变化。体重计的示数称为eq\o（□，\s\up3（02）)视重,反映了eq\o(□,\s\up3(03)）人对体重计的压力.1．超重（1)定义：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力)eq\o(□,\s\up3(04))大于物体所受重力的现象.（2）产生条件：物体具有eq\o（□,\s\up3(05）)向上的加速度.2．失重(1)定义:物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）eq\o(□,\s\up3（06)）小于物体所受重力的现象。(2）产生条件：物体具有eq\o(□，\s\up3（07））向下的加速度。（3)完全失重①定义：物体对支持物(或悬挂物)eq\o（□,\s\up3（08))完全没有作用力的现象。②产生条件：a＝eq\o（□,\s\up3（09）)g，方向eq\o(□,\s\up3（10））竖直向下.判一判（1）在地球表面附近，无论物体处于什么状态，物体对悬绳的拉力都与重力大小相等.（）(2)在水平面上做匀速直线运动的火车中，可以用弹簧秤测量物体的重力大小.（)（3)物体处于超重状态时重力增大了。(）（4）物体处于失重状态时重力减小了。(）(5)物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在，大小也没有变化。（)(6)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。()提示：(1）×(2)√(3)×（4）×（5)√(6)√想一想向上运动就是超重状态，向下运动就是失重状态，这种说法正确吗？提示:这种说法不正确。超重、失重现象的产生条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。加速度向上时，物体可能向上加速运动，也可能向下减速运动；加速度向下时，物体可能向下加速运动，也可能向上减速运动.所以判断超重、失重现象要看加速度的方向，加速度向上时超重，加速度向下时失重.

课堂任务对超重和失重的理解仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”.站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大,再变小。当人静止后,体重计的示数保持某一值不变，这是为什么?活动1：如图所示，体重计的示数称为视重,试用牛顿第二定律分析视重为什么会这样变化？提示：体重计的示数反映了人对体重计的压力，根据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支持力FN大小相等,方向相反。人在下蹲时受到重力G和体重计的支持力FN，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速、减速和静止三个阶段。以向下为正方向,由牛顿第二定律对这三个过程分别列式：mg－FN1＝ma1，mg－FN2＝－ma2，mg－FN3＝0,解得FN1＝m(g－a1)<mg，FN2＝m(g＋a2）〉mg，FN3＝mg.活动2：视重小于人的重力叫失重，视重大于人的重力叫超重.试分析人在体重计上站起过程中的超重和失重情况。提示：人站起的过程中，先加速后减速.以向上为正方向，由牛顿第二定律，有FN1－mg＝ma1,FN2－mg＝－ma2，解得FN1＝m（g＋a1)>mg，FN2＝m（g－a2）〈mg，即人开始超重，后来失重。活动3：站在电梯里的体重计上，感受电梯启动、运行和制动过程中的超重和失重现象并总结。如果电梯自由下落，人会有什么感觉？提示：电梯匀速运行时，人既不超重也不失重;电梯向上加速启动时人超重，电梯向上减速制动时人失重；电梯向下加速启动时人失重,电梯向下减速制动时人超重。如果电梯自由下落,人只受重力作用，不受电梯的支持力，体重计示数为0，人将感觉不到重力。活动4：讨论、交流、展示，得出结论。1．超重、失重现象的分析2．对超重和失重的理解(1）超重与失重现象仅仅是一种表象，无论是超重还是失重,物体所受的重力都没有变化.（2)物体处于超重还是失重状态,只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关.（3)加速度的大小决定了超重或失重的程度。视重相对重力的改变量为ma,a为物体竖直方向的加速度。(4)完全失重是失重现象的极限。完全失重时，与重力有关的一切现象都将消失.(5）若物体不在竖直方向运动，而加速度在竖直方向有分量，即ay≠0，则当ay竖直向上时物体处于超重状态，当ay竖直向下时物体处于失重状态。例质量为60kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时,体重计的读数是多少？人处于什么状态？（g取10m/s2）(1）升降机匀速上升；(2）升降机以3m/s2的加速度加速上升；(3)升降机以4m/s2的加速度加速下降。（1)如何求体重计的读数？提示：体重计的读数实质是人对体重计的压力大小,求出体重计对人的支持力，根据牛顿第三定律即可得出体重计的读数。(2）如何求出体重计对人的支持力？提示:根据牛顿第二定律，结合加速度的方向列式F－mg＝ma或mg－F＝ma,即可求出F。［规范解答]人站在升降机中的体重计上，受力情况如图所示.（1)当升降机匀速上升时，由牛顿第二定律得F合＝FN－G＝0，所以人受到的支持力FN＝G＝mg＝600N,根据牛顿第三定律得人对体重计的压力大小为600N，即体重计的读数为600N，人处于平衡状态.(2)当升降机以3m/s2的加速度加速上升时,由牛顿第二定律得FN－G＝ma,FN＝ma＋G＝m(g＋a）＝780N,由牛顿第三定律得，此时体重计的读数为780N,大于人的重力，人处于超重状态。（3）当升降机以4m/s2的加速度加速下降时,由牛顿第二定律得G－FN＝ma，FN＝G－ma＝m(g－a）＝360N，由牛顿第三定律得，此时体重计的读数为360N，小于人的重力，人处于失重状态。［完美答案](1）600N平衡状态(2)780N超重状态(3）360N失重状态超重和失重问题的解题步骤（1）确定研究对象,并对其进行受力分析，画出受力示意图;(2)分析物体的运动状态，确定加速度的方向，并在受力示意图旁边标出;（3）选取加速度的方向为正方向,根据牛顿第二定律列方程;（4)解方程，得到物体所受悬挂物的拉力或支持面的支持力；5由牛顿第三定律，判定物体对悬挂物的拉力或对支持面的压力与物体重力的关系,从而判定物体处于超重还是失重状态。eq\a\vs4\al([变式训练］)图甲是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作时的示意图，中间的“·”表示人的重心，图乙是根据传感器采集到的数据画出的力—时间图线,两图中a～g各点均对应,其中有几个点在图甲中没有画出，取重力加速度g＝10m/s2。根据图像分析可知(）A．人的重力为1500NB．c点位置人处于超重状态C．e点位置人处于失重状态D．人在d点位置的加速度小于在f点的加速度答案B解析开始时人处于平衡状态，人对传感器的压力是500N，根据牛顿第三定律和平衡条件可知，人的重力也是500N，A错误；由图乙可知，人处于c点时对传感器的压力大于其重力，处于超重状态,B正确；人处于e点时对传感器的压力大于其重力，处于超重状态，C错误；人在d点时的加速度大小为a1＝eq\f（Fd－G,m)＝eq\f(1500－500，\f(500，10））m/s2＝20m/s2，人在f点时的加速度大小为a2＝eq\f（G－0,m）＝eq\f（500,\f（500，10））m/s2＝10m/s2，a1＞a2,则人在d点位置的加速度大于在f点的加速度,D错误。A组：合格性水平训练1。（超重、失重）下列关于超重、失重现象的描述中，正确的是（）A．电梯正在减速上升，人在电梯中处于超重状态B．电梯正在加速下降,人在电梯中处于失重状态C．举重运动员托举杠铃保持静止，运动员处于超重状态D．列车在水平轨道上加速行驶，车上的人处于超重状态答案B解析电梯正在减速上升，加速度向下，故电梯中的乘客处于失重状态，A错误；电梯正在加速下降,加速度向下，故电梯中的乘客处于失重状态，B正确；举重运动员托举杠铃保持静止，竖直方向的加速度为0，运动员既不处于超重状态也不处于失重状态，C错误；列车在水平轨道上加速行驶时,竖直方向的加速度为0,车上的人既不处于超重状态也不处于失重状态，D错误.2．(超重、失重）（多选)如图所示,小敏正在做双脚跳台阶的健身运动。若忽略空气阻力，小敏起跳后，下列说法正确的是()A．上升过程处于超重状态B．下降过程处于超重状态C．上升过程处于失重状态D．下降过程处于失重状态答案CD解析若忽略空气阻力,小敏起跳后，在空中运动的过程中只受重力，加速度就是重力加速度。故小敏起跳后，上升过程与下降过程均处于失重状态，C、D正确。3．（超重、失重）如图所示,A、B两人用安全带连接在一起,从飞机上跳下进行双人跳伞运动，降落伞未打开时不计空气阻力。下列说法正确的是()A．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零B．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力C．在降落伞未打开的下降过程中,安全带的作用力等于B的重力D．在降落伞打开后减速下降过程中，安全带的作用力小于B的重力答案A解析在降落伞未打开的下降过程中，A、B两人一起做自由落体运动，处于完全失重状态,A、B之间安全带的作用力为零，A正确，B、C错误；在降落伞打开后减速下降过程中，加速度向上，则A、B处于超重状态，故安全带对B的拉力大于B的重力,D错误。4．（超重、失重)箱式电梯里的台秤秤盘上放着一物体,在电梯运动过程中，某人在不同时刻拍下了甲、乙、丙三张照片，如图所示，乙图为电梯匀速运动时的照片。从这三张照片可判定(）A．拍摄甲照片时,电梯一定处于加速下降状态B．拍摄丙照片时，电梯可能处于减速上升状态C．拍摄丙照片时，电梯一定处于加速上升状态D．拍摄甲照片时,电梯可能处于匀速下降状态答案B解析由于乙图是电梯匀速运动时的照片，由照片可以看出此时物体的真实重量。甲图的台秤的示数大于物体的重量,物体处于超重状态，电梯可能处于减速下降状态或加速上升状态，A、D错误；丙图的台秤的示数小于物体的重量，物体处于失重状态,此时电梯有向下的加速度,电梯可能做向下的加速运动或者做向上的减速运动，B正确，C错误.5．（超重、失重)如图所示，质量为m的小球挂在电梯的天花板上，电梯在以大小为eq\f（g，3)的加速度向下加速运动的过程中，小球(）A．处于失重状态，所受拉力为eq\f(mg,3）B．处于失重状态，所受拉力为eq\f(2mg，3)C．处于超重状态,所受拉力为eq\f（mg，3）D．处于超重状态，所受拉力为eq\f（4mg，3)答案B解析小球与电梯运动状态相同，小球的加速度的方向向下,处于失重状态。对小球进行受力分析，受重力mg和细线的拉力F作用，根据牛顿第二定律有：mg－F＝ma，所以细线的拉力为F＝mg－ma＝m（g－a）＝eq\f（2mg，3），B正确.6。(超重、失重)若货物随升降机运动的v。t图像如图所示（竖直向上为正)，则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图像可能是(）答案B解析由题图可知,货物与升降机的运动过程依次为加速下降、匀速下降、减速下降、加速上升、匀速上升、减速上升,故升降机与货物所处的状态依次为失重、平衡、超重、超重、平衡、失重，B正确。7．（超重、失重)在电梯中，把一物体置于台秤上，台秤与力传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间,最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图像如图所示.试由此图回答问题：（g取10m/s2)（1)该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化?(2)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大(结果保留两位小数)？答案（1）30N不变（2)6。67m/s26。67m/s2解析(1）根据题意，4s到18s物体随电梯一起匀速运动，由共点力平衡条件与作用力和反作用力相等可知：物体对传感器的压力和物体的重力相等，即G＝30N；根据超重和失重的本质得电梯在超重和失重时物体的重力不变.（2）物体质量m＝eq\f(G,g)＝3kg，超重时：物体受到的支持力大小等于物体对传感器的压力大小，最大为50N,由牛顿第二定律得a1＝eq\f(F1－G，m）＝eq\f(50－30，3)m/s2≈6.67m/s2，方向向上.失重时:物体受到的支持力大小等于物体对传感器的压力大小，最小为10N,由牛顿第二定律得a2＝eq\f(G－F2，m）＝eq\f（30－10,3)m/s2≈6.67m/s2，方向向下。8．(综合）一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重。一个可乘坐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。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，座舱均匀减速.重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力。（1）求座舱下落的最大速度的大小；(2）求座舱下落的总时间；(3)若座舱中某人用手托着重30N的铅球,求座舱下落过程中球对手的压力大小。答案（1）30m/s（2)5s(3)前45m球对手的压力为零，后30m球对手的压力大小为75N解析（1)座舱做自由落体运动结束时速度最大，由自由落体速度与位移关系式v2＝2gh,可得座舱下落的最大速度的大小为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)，可得自由落体运动的时间t1＝eq\r（\f(2h,g)）＝3s。由匀变速运动规律可得h2＝eq\f（v，2)t2,解得t2＝eq\f(2h2,v）＝2s.故座舱下落总时间t＝t1＋t2＝3s＋2s＝5s.(3)前45m人和铅球都处于完全失重状态，故球对手的压力为零。匀减速阶段，即后30m，铅球的加速度大小a＝eq\f（v，t2)＝15m/s2。由牛顿第二定律可得N－mg＝ma，铅球的质量m＝eq\f（G，g)＝3kg,解得N＝mg＋ma＝75N，由牛顿第三定律可知球对手的压力大小为75N。B组：等级性水平训练9．（超重、失重)在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作。传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图像，则下列图像中可能正确的是（）答案D解析先分析人的运动，根据人的运动确定加速度的方向，再根据牛顿第二定律或超失重的知识确定压力的变化情况。人下蹲时先向下加速再向下减速最后静止，所以下蹲过程中该同学先是处于失重状态（压力小于重力)，再处于超重状态（压力大于重力），最后静止时压力等于重力，D正确。10．(超重、失重）高跷运动是一项新型运动，图甲为弹簧高跷，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，如图乙所示.不计空气阻力，则下列说法正确的是（）A．人向上弹起的过程中，一直处于超重状态B．人向上弹起的过程中，踏板对人的作用力大于人对踏板的作用力C．从最高点下落至最低点的过程，人先做匀加速运动后做匀减速运动D．弹簧压缩到最低点时,高跷对人的作用力大于人的重力答案D解析人向上弹起的过程，先加速后减速，所以先超重后失重，A错误；人向上弹起的过程中，踏板对人的作用力与人对踏板的作用力是一对相互作用力，大小是相等的，B错误;从最高点下落至最低点的过程，人先加速后减速,由于弹力在变化，所以不是匀变速运动，C错误；弹簧压缩到最低点