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文档简介
超重与失重
一、真题精选(高考必备)
1.(2014•北京)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
2.(2007∙山东)(多选)下列实例属于超重现象的是()
A.汽车驶过拱形桥顶端
B.荡秋千的小孩通过最低点
C.跳水运动员被跳板弹起,离开跳板向上运动
D.火箭点火后加速升空
3.(2007•海南)(多选)游乐园中,游客乘坐能加速或减速运动的升降机,可以体会超重与失重的感觉.下列描述
正确的是()
A.当升降机加速上升时,游客是处在失重状态
B.当升降机减速下降时,游客是处在超重状态
C.当升降机减速上升时,游客是处在失重状态
D.当升降机加速下降时,游客是处在超重状态
4.(2016•全国)一很深的圆筒形容器,开口端是漏斗,筒和漏斗总质量为M,漏斗中盛有质量为m的细砂,漏斗
口关闭;整个装置在弹簧秤上,如图。当打开漏斗口后,细砂将落向容器底部并最终全部堆积在底部。从细砂开始
下落到全部堆积在容器底部的过程中弹簧秤的示数()
A.始终为(M+m)g
B.不会大于(M+m)g
C.不会小于(M+m)g
D.有时小于(M+m)g,有时大于(M+m)g,有时等于(M+m)g
5.(2011∙四川)如图是“神舟”系列航天飞船返回舱返回地面的示意图,假定其过程可简化为:打开降落伞一段
时间后,整个装置匀速下降,为确保安全着陆,需点燃返回舱的缓冲火箭,在火箭喷气过程中返回舱做减速直线运
动,则()
蝗冲火箭
A.火箭开始喷气瞬间伞绳对返回舱的拉力变小
B.返回舱在喷气过程中减速的主要原因是空气阻力
C.返回舱在喷气过程中所受合外力可能做正功
D.返回舱在喷气过程中处于失重状态
6.(2009•安徽)为了节省能量,某商场安装了智能化的电动扶梯.无人乘坐时,扶梯运转得很慢;有人站上扶梯
时,它会先慢慢加速,再匀速转动.一顾客乘扶梯上楼,恰好经历了这两个过程,如图所示,则下列说法正确的是
()
A.顾客始终受到三个力的作用
B.顾客始终处于超重状态
C.扶梯对顾客作用力的方向先指向左上方,再竖直向上
D.扶梯对顾客作用力的方向先指向右上方,再竖直向上
7.(2008•山东)直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子,如图所示.设投放初速度为零,箱子所受的
空气阻力与箱子下落速度的平方成正比,且运动过程中箱子始终保持图示姿态.在箱子下落过程中,下列说法正确
的是()
V
A.箱内物体对箱子底部始终没有压力
B.箱子刚从飞机上投下时,箱内物体受到的支持力最大
C.箱子接近地面时,箱内物体受到的支持力比刚投下时大
D.若下落距离足够长,箱内物体有可能不受底部支持力而“飘起来”
8.(2005•北京)如图,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()
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.将容器斜向上抛出,容器在运动中小孔不向下漏水
9.(2018∙浙江)如图所示,小芳在体重计上完成下蹲动作。下列F-t图象能反映体重计示数随时间变化的是()
^xr^^
A.OB.O
A.在上升和下降过程中A物体对B物体的压力一定为零
B.上升过程中A物体对B物体的压力大于A物体受到的重力
C.下降过程中A物体对B物体的压力大于A物体受到的重力
D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力
11∙(2015∙江苏)(多选)一人乘电梯上楼,在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示,以竖直向上
为a的正方向,则人对地板的压力()
A.t=2s时最大B.t=2s时最小
C.t=8.5s时最大D.t=8.5s时最小
12.(2009∙广东)(多选)某人在地面上用弹簧秤称得体重为490N.他将弹簧秤移至电梯内称其体重,to至t3时间
段内,弹簧秤的示数如图所示,电梯运行的V-t图可能是(取电梯向上运动的方向为正)()
G/N
540.....................1--------!
490
440
如t:
二、强基训练(高手成长基地)
1.(2022•重庆市育才中学模拟预测)下列漫画描绘了超失重的现象,若图a表示电梯静止或者匀速运动的情形,那
么图b,图c,分别表示电梯在如何运动,下列说法正确的是()
图a
A.图b可能表示电梯向上做减速运动B.图b可能表示电梯向上做加速运动
C.图C可能表示电梯向上做加速运动D.图C可能表示电梯向下做减速运动
2.(2021,全国•高二课时练习)如图所示,左图为大型游乐设施跳楼机,右图为其结构简图.跳楼机由静止从。自
由下落到b,再从b开始以恒力制动竖直下落到C停下.已知跳楼机和游客的总质量为加,高度差为2〃,儿高度
差为人,重力加速度为g∙则
A.从“到〃与从h到C的运动时间之比为2:1
B.从α到5,跳楼机座椅对游客的作用力与游客的重力大小相等
C.从“到从跳楼机和游客总重力的冲量大小为机而
D.从6到c,跳楼机受到制动力的大小等于2,跖
3.(2022•安徽•模拟预测)如图,一小物块从斜面上的A点静止下滑,在AB段和8C段分别做匀加速和匀减速运动,
至C点恰好静止,全程斜面体保持静止状态。若小物块在AB段和BC段与斜面间的动摩擦因数分别为从和生,
且AB=22C,则()
A.在物块滑行的全过程中,地面对斜面的支持力始终小于物块和斜面的总重力
B.在物块滑行的全过程中,地面对斜面始终没有摩擦力作用
C.由题意知:2必+%=3∙tan0
D.小物块在下滑过程中先超重再失重
4.(2021・湖南•模拟预测)(多选)如图甲所示,升降机内固定着一个倾角为3(Γ的光滑斜面,斜面底端安装一个能
显示弹簧作用力的传感器、以弹簧受压时传感器示数为正,传感器通过一根轻弹簧连接着一个质量为的金属球。
运动中的升降机突然停止,以停止运动为计时起点,在此后的一段时间内传感器上显示的弹力随时间变化的关系如
图乙所示,且金属球运动过程中弹簧始终在弹性限度内,则下列说法中正确的是()
A.升降机在停止运动前是向下运动的
B.0~4时间段内金属球做加速运动
C.4~L时间段内金属球处于失重状态
D.〃和ti两时刻金属球速度大小相等
5.(2022•广东潮南•高一期末)神舟十三号在2021年10月16日。时23分成功发射,宇航员将在太空中开启为期
6个月的在轨驻留。火箭在发射时向上的加速度很大,有一段时间的加速度”将达到3.5g。(g=10m∕s2)
(1)火箭加速向上时,宇航员将承受超重考验还是失重考验?
(2)平时重力G=ION的体内脏器,在该过程中需要支持力尸多大?
(3)不久的将来,神舟十三号归来。假设返回舱距地面一定高度时开始启动降落伞装置,在距地面高度〃=1.25m时,
速度为V=l()m∕s,返回舱的缓冲发动机开始向下喷气,舱体再次减速。设最后减速过程中返回舱做匀减速直线运动,
并且到达地面时恰好速度为0,求最后减速阶段中质量机=6Okg的宇航员对座椅的压力为多大?
三、参考答案及解析
(一)真题部分
1.【答案】D
【解析】A、B物体向上先加速后减速,加速度先向上,后向下,根据牛顿运动定律可知物体可能先处于超重状态,
后处于失重状态;也可能一直超重(手和物体先具有向上的加速度,某一时刻,手突然具有向下的加速度,且大于
重力加速度,此时刻二者分离),故A错误。B错误;
C、D、重物和手有共同的速度和加速度时,二者不会分离,故物体离开手的瞬间,物体向上运动,物体的加速度
等于重力加速度,物体离开手前手要减速,所以此瞬间手的加速度大于重力加速度,并且方向竖直向下,故C错误,
D正确。故选:D。
2.【答案】BD
【解析】A、超重是物体受到接触面竖直向上的支持力或绳的拉力大于重力。在汽车驶过拱形桥顶端时,由重力的
分力提供做圆周运动向心力,所以支持力小于重力,处于失重状态,所以A错误;
B、荡秋千的小孩通过最低点时.,由支持力和重力的合力提供向心力。合力向上,所以支持力大于重力,处于超重
状态,所以B正确:
C、跳水运动员离开跳板向上运动时,与跳板分离,没有支持力,完全失重,所以C错误;
D、火箭点火加速升空的过程中,有向上的加速度,是由支持力和重力的合力提供,处于超重状态,所以D正确。
所以BD正确。故选:BDo
3.【答案】BC
【解析】A、当升降机加速上升时,乘客有向上的加速度,是由重力与升降机对乘客支持力的合力产生的。此时升
降机对乘客的支持力大于乘客的重力,所以处于超重状态。A错误。
B、当升降机减速下降时,具有向上的加速度,同理此时乘客也处于超重状态。B正确。
C、当升降机减速上升时,具有向下的加速度,是由重力与升降机对乘客支持力的合力产生的,所以升降机对乘客
的支持力小于乘客的重力。此时失重。C正确。
D、当升降机加速下降时,也具有向下的加速度,同理可得此时处于失重状态。故D错误。
故选:BCo
4.【答案】D
【解析】在沙子落下过程中,开始时沙子具有向下的加速度,沙子处于失重状态,此时压力小于重力;而沙子最后
在接触地面的过程中做减速运动,此时处于超重状态,而中间过程以及沙子全部堆积时,不超重也不失重;所以整
个过程中,弹簧秤的示数有时小于(M+m)g,有时大于(M+m)g,有时等于(M+m)g;故D正确ABC错误。
故选:D。
5.【答案】A
【解析】A、火箭开始喷气前匀速下降拉力等于重力减去返回舱受到的空气阻力,火箭开始喷气瞬间反冲力直接对
返回舱作用因而伞绳对返回舱的拉力变小。所以A正确。
B、返回舱在喷气过程中减速的主要原因是缓冲火箭向下喷气而获得向上的反冲力,不是空气阻力,所以B错误。
C、在火箭喷气过程中返回舱做减速直线运动,加速度方向向上,返回舱处于超重状态,动能减小,返回舱所受合
外力做负功,所以C错误。
D、由C的分析可知,D错误。故选:Ao
6.【答案】D
【解析】A、在加速过程中,顾客受重力、支持力和静摩擦力三个力作用,匀速过程中,顾客受重力和支持力两个
力作用,故A错误。
B、加速过程中,顾客在竖直方向上有加速度,支持力大于重力,处于超重状态,匀速运动过程中,重力和支持力
平衡,不是超重状态,故B错误。
CD、在慢慢加速的过程中,受力如图,物体加速度与速度同方向,合力斜向右上方,因而顾客受到的摩擦力与接
触面平行水平向右,电梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上,当匀速运动时,作用力为支持力,竖直向上,
故D正确,C错误。
故选:D。
7.【答案】C
【解析】A、由于箱子在下降的过程中受到空气的阻力,加速度的大小要小于重力加速度,由牛顿第二定律可知物
体一定要受到箱子底部对物体的支持力的作用,所以A错误。
B、箱子刚从飞机上投下时,箱子的速度为零,此时受到的阻力的大小也为零,此时加速度的大小为重力加速度,
物体处于完全失重状态,箱内物体受到的支持力为零,所以B错误。
C、箱子接近地面时,速度最大,受到的阻力最大,所以箱子底部对物体向上的支持力也是最大的,所以C正确。
D、若下落距离足够长,由于箱子阻力和下落的速度成二次方关系,最终将匀速运动,受到的压力等于重力,所以
D错误。故选:Co
8.【答案】D
【解析】无论向哪个方向抛出,抛出之后的物体都只受到重力的作用,处于完全失重状态,此时水和容器的运动状
态相同,它们之间没有相互作用,水不会流出,所以D正确。
故选:D。
9.【答案】C
【解析】对人的运动过程分析可知,人下蹲的过程可以分成两段:
人在加速下蹲的过程中,有向下的加速度,处于失重状态,此时人对传感器的压力小于人的重力的大小;
在减速下蹲的过程中,加速度方向向上,处于超重状态,此时人对传感器的压力大于人的重力的大小,ABD错误;
C正确。故选:Co
10.【答案】A
【解析】以A、B整体为研究对象:在上升和下降过程中仅受重力,由牛顿第二定律知加速度为g,方向竖直向下。
再以A为研究对象:因加速度为g,方向竖直向下,由牛顿第二定律知A所受合力为A的重力,所以A仅受重力
作用,即A和B之间没有作用力,所以在上升和下降过程中A物体对B物体的压力一定为零。故A正确,BCD错
误;
故选:Ao
11.【答案】AD
【解析】在时间轴的上方,表示加速度向上,此时处于超重状态,在时间轴的下方,表示加速度向下,此时处于失
重状态,对地板的压力减小,
在t=2s时向上的加速度最大,此时对地板的压力最大,所以A正确;
在t=8.5s时具有向下的最大的加速度,此时对地板的压力最小,所以D正确;故选:ADo
12.【答案】AD
【解析】由图可知,to至tι时间段弹簧秤的示数小于G,故合力为G-F=50N,物体可能向下加速,也可能向上减
速;
tι至t2时间段弹力等于重力,故合力为零,物体可能为匀速也可能静止;
而t2至t3时间段内合力向上,故物体加速度向上,电梯可能向上加速也可能向下减速;
AD均符合题意;故选:ADo
(二)强基部分
1.B
【解析】AB.图b图案被压扁了,是超重,加速度向上,可能向上做加速运动,也可能向下做减速运动,B正确,
A错误;
CD.图C图案被拉长了,是失重,加速度向下,可能向下做加速运动,也可能向上做减速运动,CD错误。
故选Bo
2.A
【解析】A.由题意可知,跳楼机从α运动6过程中做自由落体运动,由=可得,下落时间L=秒=2@
由可=2g•2〃可知,运动到b的速度大小为Vb=√⅞Λ=2廊
跳楼机从b运动C过程中做减速运动,同理可得v1=2ah
解得减速过程的加速度大小为a=2g,时间为〃=Jg,故从a到b与从b到C的运动时间之比为
乙4=2,|:,|=2:1,故A正确:
B.从α到从跳楼机做自由落体运动,故跳楼机座椅对游客的作用力为零,故B错误;
C.从。至1]b,根据动量定理可得/°=m%
则跳楼机和游客总重力的冲量大小为痴而,故C错误;
D.从6到c,根据牛顿第二定律有:F-mg=ma=2mg
解得跳楼机受到制动力的大小为F=3mg,故D错误.
3.C
【解析】AD.在物块匀加速下滑时,其有竖直向下的分加速度,处于失重状态,地面对斜面的支持力小于物块和斜
面的总重力,但是在物块匀减速下滑时,其有竖直向上的分加速度,处于超重状态,地面对斜面的支持力大于物块
和斜面的总重力,所以AD错误;
B.在物块滑行的全过程中,地面对斜面始终有摩擦力作用,加速下滑时,整体有水平向右的加速度,则地面对斜
面有向右的摩擦力作用,减速下滑时,整体有水平向左的加速度,则地面对斜面有向左的摩擦力作用,所以B错误;
C.全程由动能定理可得WgSACSine-〃MgCoSa%广〃“咫Cos,SBC=O
AC:,以0:SzJC=3:2:1
联立解得24+4=3∙tanO,所以C正确;故选C。
4.AD
【解析】A.由于升降机停止运动前传感器的示数为0,表明弹簧处于原长状态,即升降机有向下的加速度g,而0~人
时间段内示数增加,说明弹簧被压缩,即升降机突然停下后金属球由于惯性而向下运动,故停止前升降机是向下运
动的,A正确;
B.0~4时间段内弹簧的形变量逐渐增大,但当尸=〃历时金属球所受的合外力为0,即金属球前一段做加速度逐渐
减小的加速运动,后一段做加速度逐渐增大的减速运动,B错误;
C.tl4时间段可分为两段,F=Wg时金属球的加速度为0,前一段时间金属球加速度向上并处于超重状态,后一
段时间金属球加速度向下并处于失重状态,C错误;
D.弓和乙两时刻弹簧的形变量均为0,金属球在斜面方向上只有重力的分力产生加速度,故两时刻的加速度相同,
又由于斜面光滑,系统的机械能守恒,因此两个时刻速度的大小相等,%时刻金属球沿斜面向上运动,而〃时刻金
属球沿斜面向下运动,只是二者的方向不同,D正确。故选AD。
5.(1)超重;(2)45N;(3)3000N
【解析】(1)火箭加速向上时,宇航员将承受超重考验。
(2)对体内脏器,由牛顿第二定律得尸一〃笈=”《
解得在该过程中内脏器需要支持力F=45N
(3)返回舱在减速阶段,由运动学知识可得0
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