高中物理必修一课时素养评价二十第4章第6节超重和失重.docx
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高中物理必修一课时素养评价二十第4章第6节超重和失重
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课时素养评价二十
超重和失重
（25分钟 60分）
一、选择题（本题共6小题,每题5分,共30分）
1.在某届学校秋季运动会上,张明同学以背越式成功地跳过了1.70米的高度,如图。
若忽略空气阻力,g取10m/s2。
则下列说法正确的是（ ）
A.张明下降过程中处于失重状态
B.张明起跳以后在上升过程中处于超重状态
C.张明起跳时地面对他的支持力等于他的重力
D.张明起跳以后在下降过程中重力消失了
【解析】选A。
在张明下降过程中,只受重力的作用,有向下的重力加速度,是处于完全失重状态,A正确;张明起跳以后在上升过程,也是只受重力的作用,有向下的重力加速度,是处于完全失重状态,B错误;在张明起跳过程中,地面要给人一个向上的支持力,支持力的大小大于人的重力的大小,人才能够有向上的加速度起跳,向上运动,C错误;起跳以后在下降过程中,重力不变,D错误。
2.如图所示,在弹簧测力计下挂一重为G的物体,用手提着弹簧测力计,使重物在竖直方向上运动,下列说法中正确的是（ ）
A.向上加速运动,弹簧测力计的示数大于G
B.向上减速运动,弹簧测力计的示数大于G
C.向下加速运动,弹簧测力计的示数大于G
D.向下减速运动,弹簧测力计的示数小于G
【解析】选A。
向上加速时,加速度向上,处于超重状态,弹簧测力计的示数大于G,所以A选项是正确的;向上减速时,加速度方向向下,处于失重状态,弹簧测力计的示数小于G,故B错误;向下加速时,加速度向下,处于失重状态,弹簧测力计的示数小于G,故C错误;向下减速运动,加速度方向向上,处于超重状态,弹簧测力计的示数大于G,故D错误。
3.在升降电梯的地板上放一体重计,电梯静止时,小亮同学站在体重计上,体重计示数为50kg,电梯运动过程中,某一段时间内,小亮同学发现体重计示数为
40kg,在这段时间内下列说法正确的是（ ）
A.小亮同学的体重减少了
B.小亮同学对体重计的压力小于体重计对小亮的支持力
C.电梯一定在竖直向下运动
D.电梯的加速度大小为
方向一定竖直向下
【解析】选D。
体重计示数小于体重说明小亮对体重计的压力小于重力,并不是体重变小,A错误;小亮对体重计的压力与体重计对小亮的支持力是作用力与反作用力,大小相等,B错误;电梯做向上的减速运动也会是失重状态,示数小于其重力,C错误;以人为研究对象,mg-FN=ma求得:
a=
=
=
方向竖直向下,与重力加速度的方向相同,D正确。
4.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
【解析】选B。
电梯正在减速上升,加速度向下,故电梯中的人处于失重状态,A错误;电梯正在加速下降,加速度向下,故电梯中的人处于失重状态,B正确;举重运动员托举杠铃保持静止,运动员处于平衡状态,C错误;列车在水平轨道上加速行驶,车上的人的加速度方向为水平方向,故人不超重也不失重,D错误。
【补偿训练】
下列说法中正确的是（ ）
A.超重时物体所受的重力不变
B.生活小区电梯启动瞬时,电梯中的人就处于超重状态
C.超重就是物体所受的重力增加
D.飞机减速下降过程中,飞机中的乘客处于失重状态
【解析】选A。
处于超重与失重状态的物体所受的重力不变,A正确,C错误;生活小区电梯向下启动瞬时,此时有向下的加速度,人对接触面的压力小于人的重力,人处于失重状态,B错误;飞机减速下降过程中,有向上的加速度,乘客对接触面的压力大于乘客的重力,乘客处于超重状态,D错误。
5.某质量为50kg的同学站在电梯底板上,利用速度传感器和计算机研究电梯的运动情况,如图所示的v-t图像是计算机显示的电梯在某一段时间内速度变化的情况（选向上为正方向,g=10m/s2）。
根据图像提供的信息,可以判断下列说法中正确的是（ ）
A.在0～5s内,该同学对电梯底板的压力等于520N
B.在5～10s内,该同学对电梯底板的压力等于0
C.在10～20s内,电梯在减速下降,该同学处于超重状态
D.在20～25s内,该同学对电梯底板的压力等于480N
【解析】选A。
在0～5s内,从速度—时间图像可知,电梯的加速度a=0.4m/s2,所以该同学对电梯底板的压力FN=mg+ma=520N,A正确;在5～10s内,速度—时间图像为水平线,此时电梯在匀速运动,处于受力平衡状态,该同学对电梯底板的压力等于500N,B错误;在10～20s内,该同学匀减速上升,处于失重状态,C错误;在20～25s内,电梯加速下降,a=0.2m/s2,该同学对电梯底板的压力F′N=mg-ma=490N,D错误。
6.如图所示,家用楼梯升降椅可以沿着倾斜的直轨道运动,方便行动困难的老人上下楼。
以下说法正确的是（ ）
A.升降椅加速上升时,人处于失重状态
B.升降椅减速上升时,人处于失重状态
C.升降椅匀速上升时,升降椅对人的作用力沿楼梯斜向上
D.升降椅加速上升时,升降椅对人的作用力沿楼梯斜向上
【解析】选B。
升降椅加速上升时,加速度向上,人处于超重状态,A错误;当升降椅减速上升时,加速度向下,人处于失重状态,B正确;当升降椅匀速上升时,人处于平衡状态,升降椅对人的力与人受到的重力平衡,竖直向上,C错误;升降椅加速上升时,升降椅对人的作用力为支持力和摩擦力,合力斜向上,但不沿楼梯,因为和重力三力的合力才沿楼梯向上,故D错误。
二、计算题（本题共2小题,共30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.（14分）据新浪网消息,安徽凤阳县7岁“大力士”杨金龙声名鹊起后,南京、天津等地诸多体育专业学校纷纷向他抛出橄榄枝。
最终在安徽省举重队推荐下,小金龙选择了铜陵市业余举重队,教练盛红星在省队测试的时候,小金龙不仅能举起45kg杠铃,还能背起体重高达120kg的王军教练,简直是“秒杀同龄的施瓦辛格”。
取g=10m/s2,请计算:
（1）在以a=2m/s2匀加速下降的电梯中小金龙能举起杠铃的质量是多少?
（2）在以a=2m/s2匀加速上升的电梯中小金龙能背起的人的质量又是多少?
【解析】
（1）在地面上小金龙举起45kg杠铃,举力为450N,当电梯以2m/s2的加速度匀加速下降时,以物体为研究对象则:
m1g-F=m1a
代入数据得:
m1=56.25kg
（2）在地面上小金龙背起体重高达120kg的教练,力量是1200N,设在以a=2m/s2匀加速上升的电梯中小金龙能背起的人的质量为m2,则:
F′-m2g=m2a
代入数据得:
m2=100kg
答案:
（1）56.25kg
（2）100kg
8.（16分）一质量为m=40kg的小孩站在电梯内的体重计上,电梯从t=0时刻由静止开始上升,在0到6s内体重计示数F的变化如图所示,试问:
在这段时间内电梯上升的高度是多少?
（取重力加速度g=10m/s2）
【解析】由图可知,在t=0到t1=2s的时间内,体重计的示数大于mg,故电梯应做向上的加速运动,设在这段时间内体重计作用于小孩的力为F1,电梯及小孩的加速度为a1,由牛顿第二定律得F1-mg=ma1,在这段时间内电梯上升的高度h1=
a1
在t1=2s到t2=5s的时间内,体重计的示数等于mg,故电梯应做匀速上升运动,速度为t1时刻电梯的速度,即v1=a1t1
在这段时间内电梯上升的高度
h2=v1（t2-t1）
在t2=5s到t3=6s的时间内,体重计的示数小于mg,故电梯应做向上的减速运动,设这段时间内体重计作用于小孩的力为F2,电梯及小孩的加速度为a2,由牛顿第二定律得
mg-F2=ma2
在这段时间内电梯上升的高度
h3=v1（t3-t2）-
a2（t3-t2）2
电梯上升的总高度h=h1+h2+h3,
联立解得h=9m
答案:
9m
（15分钟 40分）
9.（6分）在蹦极运动中,长弹性绳的一端固定,另一端绑在人身上,人从几十米高处跳下,将蹦极过程看作人沿竖直方向的运动,从绳恰好伸直,到人第一次下降至最低点的过程中,下列分析正确的是（ ）
A.到最低点时人处于平衡状态
B.人先处于超重状态后处于失重状态
C.人的加速度先减小后增大
D.人处于失重状态时重力减小了
【解析】选C。
在最低点合力向上,加速度向上,不是平衡状态,A错误;先加速度向下,后加速度向上,即先失重后超重,B错误;刚开始拉力小于重力加速度先向下,拉力增大合力减小加速度减小,当拉力等于重力时加速度为零,以后拉力大于重力,合力向上增加,加速度向上增加,C正确;人在失重状态下重力不变,D错误。
10.（6分）（多选）美国航天局计划2025年前载人登陆小行星,图为畅想登陆小行星的航天员。
为训练航天员能在失重状态下工作和生活,需要创造一种失重的环境。
在地球表面附近,当飞机模拟只在重力作用下运动时,就可以在飞机座舱内实现短时间的完全失重状态。
现要求一架飞机在速度大小为v1=500m/s时进入失重状态试验,在速度大小为v2=1000m/s时退出失重状态试验。
重力加速度为g=10m/s2,下列说法正确的是（ ）
A.飞机可以模拟向上的加速运动
B.飞机可以模拟向下的减速运动
C.如果是竖直上抛运动,可计算失重时间是150s
D.如果是竖直下抛运动,可计算失重时间是50s
【解析】选C、D。
当飞机做加速度的大小为重力加速度g,方向竖直向下的匀加速运动时,座舱内的人便处于完全失重状态。
这种运动可以是飞机模拟无阻力下的竖直下抛运动或竖直上抛运动;如果是竖直上抛运动,可计算时间是t=
=150s,如果是竖直下抛运动可计算时间是t=
=50s,C、D正确。
11.（6分）如图所示,小孩在蹦床上沿竖直方向蹦跳,对其从最低点到离开床面的过程,下列说法正确的是（ ）
A.小孩一直处于超重状态
B.小孩一直处于失重状态
C.小孩会经历先超重后失重的过程
D.小孩刚离开蹦床时的速度最大
【解析】选C。
小孩从最低点向上运动过程中,先向上做加速运动,当重力与弹力相等后向上做减速运动,直到离开蹦床为止,因此小孩先超重后失重,当重力与弹力相等时速度最大,故A、B、D错误,C正确。
【补偿训练】
（多选）如图,某同学站在体重计上称重,若把“下蹲”和“起立”过程均简化成先加速后减速的过程,则下列说法正确的是（ ）
A.“下蹲”过程中体重计的示数先减小再增大
B.“下蹲”过程中体重计的示数先增大再减小
C.“起立”过程中体重计的示数先减小再增大
D.“起立”过程中体重计的示数先增大再减小
【解析】选A、D。
下蹲过程中,人先向下做加速运动,后向下做减速运动,所以先处于失重状态后处于超重状态;人从下蹲状态起立的过程中,先向上做加速运动,后向上做减速运动,最后回到静止状态,人先处于超重状态后处于失重状态;故A、D正确,B、C错误。
12.（22分）将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中,如图所示,在箱的上顶板和下底板装有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动。
当箱以a=2.0m/s2加速度竖直向上做匀减速运动时,上顶板的压力传感器显示的压力N=7.2N,下底板的压力传感器显示的压力F=12.0N。
（g=10m/s2）
（1）金属块的质量m为多少?
（2）若上顶板的压力传感器的示数是下底板的压力传感器示数的一半,试判断箱的运动情况。
（3）要使上顶板的压力传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的?
【解析】
（1）由题意可知,金属块所受竖直向下的压力值即为上顶板压力传感器示数（设为F1）,金属块所受竖直向上的弹力值即为下底板压力传感器示数（设为F2）
当a=2m/s2（竖直向下）、F1=7.2N、F2=12N时,对金属块有:
F1+mg-F2=ma
代入数据解得:
m=0.6kg
（2）若上顶板传感器示数为下底板传感器示数的一半,因为弹簧形变量没有改变所以下底板传感器示数不变,根据牛顿第二定律得:
F1′+mg-F2=ma′
代入数据解得:
a′=0
知箱做匀速直线运动
（3）设上顶板压力传感器示数恰好为零（即上顶板与金属块接触但不挤压）,此时下底板压力传感器示数仍然不变,有:
a″=
m/s2=10m/s2
方向向上,故要使上顶板压力传感器的示数为零,则箱沿竖直方向运动向上加速或向下减速,加速度大小为10m/s2
答案:
（1）0.6kg
（2）箱做匀速直线运动
（3）箱向上加速或向下减速,加速度大小为10m/s2
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