微专题18应用牛顿第二定律分析超重与失重问题

微题型18应用牛顿第二定律分析超重与失重问题训练目标1.理解超重和失重的概念.2.知道在什么情况下产生超重和失重现象，能利用牛顿第二定律解决超重、失重问题．题组一对超重、失重概念的理解1．蹦极是一种极限体育工程，可以锻炼人的胆量和意志．运发动从高处跳下，在弹性绳被拉伸前做自由落体运动，弹性绳被拉伸后在弹性绳的缓冲作用下，运发动下落一定高度后速度减为零．在下降的全过程中，以下说法正确的选项是()A．弹性绳拉伸前运发动处于失重状态，弹性绳拉伸后运发动处于超重状态B．弹性绳拉伸后，运发动先处于失重状态，后处于超重状态C．弹性绳拉伸后，运发动运动的加速度先增大后减小D．弹性绳拉伸后，运发动运动的加速度先减小后增大2．(2023·北京·18)应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入．例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出．对此现象分析正确的选项是()A．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态B．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态C．在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度D．在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度3.“蹦极〞是一项刺激的极限运动，运发动将一端固定的长弹性绳绑在踝关节处，从几十米高处跳下．在某次蹦极中，弹性绳弹力F的大小随时间t的变化图象如图1所示，其中t2、t4时刻图线的斜率最大．将蹦极过程近似视为在竖直方向的运动，弹性绳中弹力与伸长量的关系遵循胡克定律，空气阻力不计．以下说法正确的选项是()图1A．t1～t2时间内运发动处于超重状态B．t2～t4时间内运发动处于超重状态C．t3时刻运发动的加速度为零D．t4时刻运发动具有向下的最大速度4．(2023·浙江省效实中学摸底)如图2所示，一质量为M的楔形木块放在水平桌面上，它的顶角为90°，两底角分别为α和β.A、B为两个位于斜面上质量均为m的小木块．所有接触面都是光滑的．现使A、B同时沿斜面下滑，那么以下说法正确的选项是()图2A．楔形木块静止不动 B．楔形木块向左运动C．A木块处于失重状态 D．B木块处于超重状态题组二超重、失重现象的分析计算5.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，如图3所示，返回舱先是拉出减速伞，16s后返回舱的速度减至80m/s，此时减速伞与返回舱别离．然后拉出主伞，主伞张开后使返回舱的下降速度减至10m/s，此时飞船距地面高度为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＝10m/s2.根据以上材料可得()图3A．减速伞工作期间返回舱处于失重状态B．主伞工作期间返回舱处于失重状态C．减速伞工作期间返回舱的加速度大小为7.5m/s2D．每台缓冲发动机的反冲推力约为返回舱重力的1.5倍6．如图4所示，将质量为m＝0.1kg的物体用两个完全一样的竖直弹簧固定在升降机内，当升降机以4m/s2的加速度加速向上运动时，上面弹簧对物体的拉力为0.4N；当升降机和物体都以8m/s2的加速度向上运动时，g取10m/s2，那么上面弹簧的拉力为()图4A．0.6NB．0.8NC．1.0ND．1.2N7．如图5所示，动物园的水平地面上放着一个质量为M的笼子，笼内有一只质量为m的猴子，当猴以某一加速度a沿竖直柱子加速向上爬时，笼子对地面的压力为F1；当猴以同样大小的加速度沿竖直柱子加速下滑时，笼子对地面的压力为F2，关于F1和F2的大小，以下判断正确的选项是()图5A．F1＝F2B．F1>(M＋m)g，F2<(M＋m)gC．F1＋F2＝2(M＋m)gD．F1－F2＝2(M＋m)g8．(2023·武汉局部学校调研)如图6所示，一细绳跨过装在天花板上的滑轮，细绳的一端悬挂一质量为M的物体，另一端悬挂一载人的梯子，人的质量为m，系统处于平衡状态．不计摩擦及滑轮与细绳的质量，要使天花板受力为零，人应如何运动？图6答案1．BD[弹性绳拉伸前运发动做自由落体运动，处于完全失重状态．弹性绳拉伸后的初始阶段，重力仍大于绳上的拉力，合力仍向下，但逐渐减小，运发动还是处于失重状态；当绳上拉力大于重力后，合力逐渐增大，方向竖直向上，这时运发动处于超重状态．综上可知，选项B、D正确．]2．D[手托物体抛出的过程，必有一段加速过程，其后可以减速，可以匀速，当手和物体匀速运动时，物体既不超重也不失重；当手和物体减速运动时，物体处于失重状态，选项A错误；物体从静止到运动，必有一段加速过程，此过程物体处于超重状态，选项B错误；当物体离开手的瞬间，物体只受重力，此时物体的加速度等于重力加速度，选项C错误；手和物体别离之前速度相同，别离之后手速度的变化量比物体速度的变化量大，物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度，所以选项D正确．]3．B[因为t2、t4时刻图线的斜率最大，所以此时速度最大，即此时弹力与重力相等，所以t1～t2时间内运发动有向下的加速度，处于失重状态，A错；t2～t4时间内运发动有向上的加速度，处于超重状态，B正确；t3时刻运发动有向上的加速度，所以C错；t4时刻运发动具有向上的最大速度，所以D错．]4．AC[A对M的压力mgcosα，水平方向分力为mgcosαcosβ；B对M的压力mgcosβ，水平方向分力为mgcosαcosβ，所以楔形木块静止不动，选项A正确，B错误．A、B同时沿斜面加速下滑，二者都处于失重状态，选项C正确，D错误．]5．CD[减速伞和主伞工作期间返回舱均减速下降，处于超重状态，A、B项错；减速伞工作期间，返回舱从200m/s减速至80m/s，由运动学公式得a1＝eq\f(v1－v2,t1)＝7.5m/s2，C项正确；缓冲发动机开动后，加速度大小为a3＝eq\f(v\o\al(2,3),2h3)＝50m/s2，由牛顿第二定律得4F－mg＝ma3，解得eq\f(F,mg)＝1.5，D项正确．]6．A[当a1＝4m/s2时，设上面弹簧对物体的拉力为F1＝0.4N，下面的弹簧对物体施加竖直向上的作用力，其大小为F2，对物体受力分析并根据牛顿第二定律可得F1＋F2－mg＝ma，代入数据可得F2＝1N，可见，上面的弹簧处于拉伸状态，而下面的弹簧处于压缩状态；当a2＝8m/s2时，设上、下两弹簧对物体的弹力大小分别为F1′和F2′，同理可得，F1′＋F2′＝1.8N；因为两个弹簧完全一样且它们的总长度一定，所以当加速度增大时，两个弹簧的弹力增加值相同，所以F1′＝F1＋0.2N＝0.6N，选项A正确．]7．BC[把猴和笼子看做整体，当猴以某一加速度沿竖直柱子加速向上爬时，整体处于超重状态，F1>(M＋m)g，当猴以同样大小的加速度沿竖直柱子加速下滑时，整体处于失重状态，F2<(M＋m)g，选项B正确，A错误；当猴以某一加速度a沿竖直柱子加速向上爬时，由牛顿第二定律得，F1－(M＋m)g＝ma；当猴以同样大小的加速度沿竖直柱子加速下滑时，由牛顿第二定律得，(M＋m)g－F2＝ma，联立解得F1＋F2＝2(M＋m)g，F1－F2＝2ma，选项C正确，D错误．]8．以eq\f(2M－m,m)g的加速度向下加速运动解析要使天花板受力为零，须使细绳中的拉力为零，物体M应做自由落体运动，故梯子应以加速度g向上匀加速运动．人对梯子的作