2021-2022学年高中物理-第3章-牛顿运动定律-6-超重与失重作业教科版必修1

2021-2022学年高中物理第3章牛顿运动定律6超重与失重作业教科版必修12021-2022学年高中物理第3章牛顿运动定律6超重与失重作业教科版必修1PAGE6-2021-2022学年高中物理第3章牛顿运动定律6超重与失重作业教科版必修12021-2022学年高中物理第3章牛顿运动定律6超重与失重作业教科版必修1年级：姓名：超重与失重(时间：40分钟分值：100分)(15分钟50分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分)1．(多选)原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长的弹簧拉住的具有一定质量的物体A静止在地板上，如图所示，现在发现A突然被弹簧拉向右方，由此可判断此时升降机的运动可能是()A．加速上升B．减速上升C．加速下降D．减速下降BC[物体A原来静止，说明物体在水平方向和竖直方向都受力平衡，水平方向摩擦力与弹簧的弹力相平衡，竖直方向支持力与重力相平衡．现在发现物体A被拉向右方，说明滑动摩擦力小于弹簧的拉力，而滑动摩擦力又与正压力(或支持力)成正比，所以是支持力减小了，从而得出结论：物体A处于失重状态，即有向下的加速度，故做向上减速或向下加速运动，所以A、D不正确．]2．如图所示，在台秤的托盘上放一个支架，支架上固定一电磁铁A，电磁铁A的正下方有一铁块B，电磁铁A不通电时，台秤的示数为G.某时刻接通电源，在铁块B被吸引起来的过程中，台秤的示数将()A．不变 B．变大C．变小 D．忽大忽小B[很多同学认为，当铁块B被吸起时脱离台秤，所以对台秤的压力消失，台秤的示数减小，从而错选C.其实，铁块B被吸起的过程是铁块B加速上升的过程，处于超重状态，即整体处于超重状态，所以整体对托盘的压力大于整体的重力．故选项B正确．]3．如图所示，小球的密度小于水的密度，球固定在弹簧的上端，弹簧的下端固定于杯底，它们完全浸没在水中，当装置静止时，弹簧的伸长量为Δx，当整个装置自由下落时，弹簧的伸长量将()A．仍为Δx B．小于ΔxC．大于Δx D．等于零D[当整个装置自由下落时，球、水都处于完全失重状态，水对球的浮力为零，球对弹簧的压力为零，所以Δx＝0，弹簧恢复到原长，故选项D正确．]4．(多选)“蹦极”是一项非常刺激的运动，某人身系弹性绳由高空P点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，c点是人所能到达的最低点，b点是人静止悬吊着时的平衡位置，人从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．在ab段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态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0，其加速度为0AB[根据题中所提供的信息，把物理情景转化为一种物理模型，分析人的运动过程，结合超重、失重的概念来处理．人从P点到c点的过程中，Pa段做自由落体运动，加速度为g，方向竖直向下，处于完全失重状态，选项A正确；ab段做加速度逐渐减小的加速运动，加速度方向向下，处于失重状态，选项B正确；bc段做加速度逐渐增大的减速运动，加速度方向向上，处于超重状态，选项C错误；在c点，拉力大于重力，加速度不为0，选项D错误．]5．(多选)如图所示是某同学站在力板传感器上做下蹲—起立的动作时记录的压力F随时间t变化的图线．由图线可知该同学()A．体重约为650NB．做了两次下蹲—起立的动作C．做了一次下蹲—起立的动作，且下蹲后约2s起立D．下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态AC[当该同学站在力板传感器上静止不动时，其合力为零，即压力读数恒等于该同学的体重值，由图线可知：该同学的体重约为650N，A正确；每次下蹲，该同学都将经历先向下做加速(加速度方向向下)、后减速(加速度方向向上)的运动，即先经历失重状态，后经历超重状态，读数F先小于体重，后大于体重；每次起立，该同学都将经历先向上做加速(加速度方向向上)、后减速(加速度方向向下)的运动，即先经历超重状态，后经历失重状态，读数F先大于体重，后小于体重．由图线可知C正确，B、D错误．]6．某同学为了研究超重和失重现象，将重为50N的物体带进竖直升降的电梯中，放置在压力传感器的水平载物面上，电梯由启动到停止的过程中，测得压力(F)－时间(t)变化的图像如图所示，设在t1＝3s和t2＝8s时电梯的速度分别为v1和v2，由此他做出判断()A．电梯在上升，v1>v2B．电梯在上升，v1<v2C．电梯在下降，v1<v2D．电梯在下降，v1>v2B[物体最后静止时对地面的压力等于重力，所以根据牛顿第二定律可知，0～4s电梯向上加速，4～14s匀速，14～18s向上减速，18s后静止．在t1＝3s时物体仍然做加速运动，所以t1时刻的速度小于t＝4s时的速度，而t2＝8s时电梯的速度等于t＝4s时的速度，所以v1<v2，故选B.]二、非选择题(14分)7．质量为60kg的人，站在升降机中的体重计上，升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？(g取10m/s2)(1)升降机匀速上升；(2)升降机以4m/s2的加速度加速上升；(2)升降机以5m/s2的加速度加速下降．[解析]人站在升降机中，体重计上受力情况如图所示．(1)当升降机匀速上升时，a＝0由牛顿第二定律知，N－mg＝0所以N＝mg＝600N由牛顿第三定律，人对体重计的压力，即体重计的示数为600N.(2)当升降机以4m/s2的加速度加速上升时，有N－mg＝ma所以N＝m(g＋a)＝840N由牛顿第三定律，人对体重计的压力，即体重计的示数为840N(超重状态)．(2)当升降机以5m/s2的加速度加速下降时，此时a的方向向下，有mg－N＝ma所以N＝m(g－a)＝300N由牛顿第三定律，人对体重计的压力，即体重计的示数为300N(失重状态)．[答案](1)600N(2)840N(3)300N(25分钟50分)一、选择题(本题共4小题，每小题6分)1．(多选)如图所示，小球B放在真空正方体容器A内，球B的直径恰好等于A的内边长，现将它们以初速度v0竖直向上抛出，下列说法中正确的是()A．若不计空气阻力，下落过程中，B对A没有弹力B．若考虑空气阻力，上升过程中，A对B的弹力向下C．若考虑空气阻力，下落过程中，B对A的弹力向上D．若不计空气阻力，上升过程中，A对B有向上的弹力AB[将容器以初速度v0竖直向上抛出后，若不计空气阻力，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律得到加速度为g，再以容器A为研究对象，上升和下落过程其合力等于其重力，则B对A没有压力，A对B也没有支持力，故A正确，D错误；若考虑空气阻力，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律得到：上升过程加速度大于g，再以球B为研究对象，根据牛顿第二定律分析：B受到的合力大于重力，B除受到重力外，还应受到向下的压力，A对B的压力向下，故B正确；若考虑空气阻力，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律得到：下落过程加速度小于g，再以B为研究对象，根据牛顿第二定律分析：A受到的合力小于重力，B除受到重力外，还应受到向上的力，即A对B的支持力向上，B对A的压力向下，故C错误．]2．(多选)如图所示，斜面体M始终处于静止状态，当物体m沿斜面下滑时，下列说法正确的是()A．匀速下滑时，M对地面的压力等于(M＋m)gB．加速下滑时，M对地面的压力小于(M＋m)gC．匀减速下滑时，M对地面的压力大于(M＋m)gD．M对地面的压力始终等于(M＋m)gABC[物体加速下滑时整个系统有竖直向下的加速度分量而出现失重现象，故B正确．物体匀减速下滑时系统存在竖直向上的加速度分量，处于超重状态，故C正确．匀速下滑时系统处于平衡状态，故A正确．]3．如图所示，台秤上放置盛水的杯子，杯底用细线系一木质小球，若细线突然断裂，则在小木球上浮到水面的过程中，台秤的示数将()A．变小B．变大C．不变D．无法判断A[将容器和木球视为整体，整体受台秤竖直向上的支持力和竖直向下的重力．当细线被剪断后，其实际效果是：在木球向上加速运动的同时，木球上方与木球等体积的水球，将以同样大小的加速度向下加速流动，从而填补了木球占据的空间，由于ρ水>ρ木，水球的质量大于木球的质量，故木球和水组成系统的重心有向下的加速度，整个系统将处于失重状态，故台秤的示数将变小，正确答案为A.]4．在电梯内的地板上，竖直放置一根轻质弹簧，弹簧上端固定一个质量为m的物体．当电梯匀速运动时，弹簧被压缩了x，某时刻后观察到弹簧又被继续压缩了eq\f(x,10)，重力加速度为g.则电梯在此时刻后的运动情况可能是()A．以大小为eq\f(11,10)g的加速度加速上升B．以大小为eq\f(11,10)g的加速度减速上升C．以大小为eq\f(g,10)的加速度加速下降D．以大小为eq\f(g,10)的加速度减速下降D[因为电梯匀速运动时，弹簧被压缩了x，由此可以知道，mg＝kx，当弹簧又被继续压缩了eq\f(x,10)，弹簧的弹力变大了，所以物体的合力应该是向上的，大小是eq\f(1,10)mg，由牛顿第二定律F＝ma可得，eq\f(1,10)mg＝ma，所以加速度大小为a＝eq\f(1,10)g，合力是向上的，当然加速度的方向也就是向上的，此时物体可能是向上的匀加速运动，也可能是向下的匀减速运动，所以D正确．]二、非选择题(本题共2小题，共26分)5．(12分)实验小组为了测量一栋26层的写字楼每层的平均高度(层高)及电梯运行情况，请一质量为m＝60kg的同学站在放于电梯的水平地板上的体重计上，体重计内安装有压力传感器，电梯从一楼直达26楼，已知t＝0至t＝1s内，电梯静止不动，与传感器连接的计算机自动画出了体重计示数F随时间变化的图线，如图所示，求：(1)电梯启动和制动时的加速度大小；(2)该大楼每层的平均层高．[解析](1)1～3s电梯启动，即加速向上运动，加速度向上，处于超重状态，对于此状态有F1－mg＝ma1，代入数据解得a1＝2m/s221～23s电梯制动，即向上减速运动，加速度向下，处于失重状态，对于此状态有mg－F3＝ma3，代入数据解得a3＝2m/s2.(2)电梯匀速运动的速度v＝a1t1＝4m/s匀加速上升的位移为x1＝eq\f(1,2)vt1＝eq\f(1,2)×4×2m＝4m从图中读得，电梯匀速上升的时间t2＝18s，所以匀速上升的位移为x2＝vt2＝4×18m＝72m匀减速上升的时间为2s，所以位移为x3＝eq\f(1,2)vt3＝eq\f(1,2)×4×2m＝4m所以总位移x＝x1＋x2＋x3＝80m层高h＝eq\f(x,25)＝eq\f(80,25)m＝3.2m.[答案](1)2m/s22m/s2(2)3.2m6．(14分)一种巨型娱乐器械由升降机送到离地面75m的高处，然后让座舱自由落下．落到离地面30m高时，制动系统开始启动，座舱均匀减速，到地面时刚好停下．若座舱中某人用手托着m＝5kg的铅球，取g＝10m/s2，试求：(1)从开始下落到最后着地经历的总时间；(2)当座舱落到离地面35m的位置时，手对铅球的支持力是多少？(3)当座舱落到离地面15m的位置时，铅球对手的压力是多少？[解析](1)由题意可知，座舱先自由下落h1＝75m－30m＝45m由h1＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,1)得t1＝eq\r(\f(2h1,g))＝3s下落45m时的速度v1＝gt1＝30m/s减速过程中的平均速度eq\x\to(v2)＝e