46 超重和失重新教材人教版高中物理必修第一册讲义.docx

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46超重和失重新教材人教版高中物理必修第一册讲义

物理概念和规律：

1.超重:

（1）定义：

物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）物体所受重力的现象。

（2）产生条件：

物体具有的加速度。

（3）典例：

电梯竖直向上运动，或电梯竖直向下运动。

2失重:

（1）定义：

物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）物体所受重力的现象。

（2）产生条件：

物体具有的加速度。

（3）典例：

电梯竖直向上运动，或电梯竖直向下运动

3完全失重:

（1）定义：

物体对支持物（或悬挂物）作用力。

（2）产生条件：

物体加速度方向,大小等于.

（3）典例：

抛体运动、绕地球做匀速圆周运动的飞船内部。

针对训练

一、单项选择题

1．以竖直向上为正方向，某物体沿竖直方向运动的v﹣t图象如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．物体在0～1s内的加速度大小为4m/s2

B．物体在1s～2s内处于失重状态

C．物体在3s～5s内的运动方向相同

D．物体在0～6s内的位移大小为4m

2．一只小鸟飞来停在一根细树枝上，随树枝上下晃动，小鸟从最低点运动到最高点的过程中（　　）

A．受到的重力先增大后减小

B．一直处于超重状态

C．先超重后失重

D．先失重后超重

3．下列情况，一定能发生失重的是（　　）

A．当电梯竖直方向匀速运动时

B．当电梯竖直向上运动时

C．当电梯竖直向下运动时

D．当电梯竖直运动有向下加速度时

4．我国长征五号B运载火箭近地轨道运载能力大于22吨，能一次把接近3个“天宫一号”重量的空间站舱段送入太空，能力巨大，如图所示，今年我国长征五号B运载火箭首飞取得圆满成功，将试验版新一代载人飞船试验船等载荷的组合体顺利进入预定轨道。

下列说法正确的是（　　）

A．运载火箭发射竖直升空到最高点时不受重力作用

B．调整飞行姿态时能将火箭看成质点

C．整个发射入轨过程载人飞船始终处于超重状态

D．火箭点火加速上升时喷出气体对火箭的作用力等于火箭的重力

5．如图所示，汽车用跨过定滑轮的轻绳提升物块A，汽车匀速向右运动，在物块A到达滑轮之前，关于物块A，下列说法正确的是（　　）

A．将竖直向上做匀加速运动

B．绳子对A的拉力大于A对绳子的拉力

C．将处于失重状态

D．将处于超重状态

6．关于下列力的说法中，正确的是（　　）

A．物体受摩擦力时一定受弹力，而且这两个力的方向一定平行

B．运动物体所受摩擦力的方向一定和它运动方向相反

C．处于完全失重状态下的物体也同样受重力作用

D．同一对作用力与反作用的大小有时也可能不相等

7．如图所示，是某同学在压力传感器上所获得的压力随时间的变化图象，由图可知该同学（　　）

A．先起立再下蹲

B．体重为600N

C．在0～2s内先超重后失重

D．进行了一次下蹲起立的动作

8．高空跳伞是空降兵的必修科目，在某次训练中，一空降兵从悬停在空中的直升飞机上自由跳下，从跳离飞机到落地的过程中空降兵沿竖直方向运动的v﹣t图象如图所示，最终空降兵以v0的速度落地。

下列说法正确的是（　　）

A．0～t1时间内，空降兵处于超重状态

B．t1～t2时间内，空降兵处于超重状态

C．t1～t2时间内，空降兵的加速度大小增大

二．多项选择题

9．在东京奥运会由于新冠肺炎延期举行的背景下，中国乒乓球队运动员、教练员纷纷表示，要以抗疫英雄为榜样，做好新形势下的备战工作，在奥运会上继续创造最佳战绩，为祖国争光，为民族争气。

假设在某次训练中某一运动员将乒乓球以原速率斜向上击回，球在空中运动一段时间后落至对方的台面上，忽略空气阻力和乒乓球的旋转，则下列说法正确的是（　　）

A．击球过程中合外力是乒乓球运动状态变化的原因

B．在空中运动的过程中，乒乓球处于完全失重状态

C．在上升过程中，乒乓球受向上的冲力和重力两个力

D．在下落过程中，乒乓球处于超重状态

10．如图甲所示，质量为m＝60kg的某校学生，双手抓住单杠做引体向上，他的重心的速率随时间变化的图象如图乙所示。

g取10m/s2，由图象可知（　　）

A．t＝0.7s时该学生的加速度为30m/s2

B．t＝0.6s时该学生处于超重状态

C．t＝1.1s时该学生受到单杠的作用力的大小为780N

D．t＝1.4s时该学生处于失重状态

11．如图所示，物块A、B叠放在一起置于斜面上，斜面体始终静止在水平面上。

关于A、B的运动和受力，下列说法正确的是（　　）

A．若斜面光滑，则A、B之间没有相互作用力

B．若A、B整体匀速下滑，则A受到两个力的作用

C．若A、B整体加速下滑，则A处于失重状态

D．若A、B整体静止在斜面上，则地面与斜面体间有静摩擦力

12．“蹦极”是一项非常刺激的体育运动。

某人身系弹性绳自高空P点自由下落，图中a点是弹性绳原长时人的位置，c是人所到达的最低点的位置，b是用弹性绳悬吊人处于平衡的位置，人在从P点下落到最低点c点的过程中（　　）

A．从a到b的运动过程中，绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态

B．从a到b的运动过程中，绳的拉力小于人的重力，人的惯性不断减小

C．从b到c的运动过程中，绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态

D．从b到c的运动过程中，绳的拉力大于人的重力，人的惯性不断增大

三．非选择题

13．跳伞运动员做低空跳伞表演，他从224m的高空离开飞机开始下落，最初未打开降落伞，自由下落一段距离打开降落伞，运动员以12.5m/s2的加速度匀减速下降，为了运动员的安全，要求运动员落地的速度不得超过5m/s（g＝10m/s2）。

求：

（1）运动员打开降落伞后做匀减速下降时，是处于超重状态还是失重状态，并说明原因；

（2）运动员打开降落伞时，离地面的高度至少为多少？

（3）运动员在空中的最短时间为多少？

14．一质量为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内体重示数F的变化如图所示。

求：

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

15．为测量竖直方向的加速度，某研究小组利用一根轻弹簧、刻度尺、钩码制作了一个测量加速度的装置。

如图所示，轻弹簧上端固定在竖直放置的刻度尺的零刻线处，下端不a挂钩码时指针指在A（0.10m）位置；挂上质量为0.2kg的钩码，平衡时指针处在B（0.14m）位置。

把B位置标为加速度的0刻度值。

（取g＝10m/s2）

（1）求弹簧的劲度系数k。

（2）将该装置挂在竖直上升的升降机中，发现指针处在C（0.16m）位置。

C位置应标注的加速度值是多少？

此时钩码处于“超重”还是“失重”状态？

16．如图所示，质量M＝60kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计（图中简画为弹簧），测力计下挂着一个质量m＝1.0kg的物体A．在升降机运动的某段时间内，人看到弹簧测力计的示数为6.0N．取g＝10m/s2。

（1）求此时升降机加速度的大小和方向；

（2）求此时人对地板的压力大小；

（3）请你判断此时升降机在向上运动还是在向下运动，升降机处于超重状态还是失重状态。

物理概念和规律答案：

1.大于、向上、加速、减速，2.小于、向下、减速、加速，3.没有、向下、g.

针对训练答案：

1.B解析：

在v﹣t图象中，图象的斜率表示加速度，则物体在0～1s内的加速度大小为a＝

m/s2＝2m/s2，A错误；由图示v﹣t图象知物体在1s～2s内加速度为负值，表示加速度方向竖直向下，物体处于失重状态，B正确；在v﹣t图象中，速度的正负代表速度的方向，故物体在3s～5s的运动方向相反，C错误；在v﹣t图象中，图象与时间轴所围面积表示物体通过的位移，则物体在0～6s内的位移大小等于0～2s内的位移大小，为x＝

×2×2m＝2m，D错误。

2.C解析：

小鸟从最低点运动到最高点的过程中，先向上做加速运动后向上做减速运动，加速度方向先向上后向下，小鸟先超重后失重，整个过程小鸟受到的重力大小不变，ABD错误，C正确。

3.D解析：

当电梯竖直方向匀速运动时处于平衡状态，压力等于重力，A错误；电梯竖直向上运动，可能做匀速直线运动，可能向上做减速运动，也可能向上做加速运动，可能处于平衡状态，可能处于失重状态，也可能处于超重状态，B错误；电梯竖直向下运动，可能做匀速直线运动，可能向下做减速运动，也可能向下做加速运动，可能处于平衡状态，可能处于超重状态，也可能处于失重状态，C错误；当电梯竖直运动有向上加速度时，加速度向上，处于失重状态，D正确。

4.C解析：

火箭的发射过程始终受到万有引力（重力）的作用，A错误；调整飞行姿态时，火箭上每一点的运动状态不一样，故不能将火箭看成质点，B错误；火箭点火加速上升时，喷出气体对火箭的作用力大于火箭的重力，火箭处于超重，C正确，D错误。

5.D解析：

汽车的速度v分解到沿绳子的方向和垂直于绳子的方向，如图所示，v2＝vcosθ，v1＝vsinθ，物块上升的速度大小等于v2，由v2＝vcosθ知汽车匀速向右，θ角变小，cosθ变大，所以v2增大但不是均匀增加，物块向上做加速度减小的加速运动，物块处于超重状态，拉力大于重力，AC错误，D正确；绳子对A的拉力和A对绳子的拉力是作用力与反作用力，绳子对A的拉力等于A对绳子的拉力，B错误。

6.C解析：

产生摩擦力的条件是两个物体相互接触挤压、接触面粗糙、发生相对运动或具有相对运动趋势。

所以物体受摩擦力时一定受弹力，而且这两个力的方向一定相互垂直，A错误；运动物体所受摩擦力的方向一定和它运动方向相反，也可能和它的运动方向相反，B错误；同一对作用力与反作用的大小相等，方向相反，D错误；处于完全失重状态的物体仍然受到重力作用，C正确。

7.D解析：

人的下蹲动过程，先是加速下降，人处于失重状态，到达一个最大速度后再减速下降，人处于超重状态，即先失重再超重。

起立过程是先加速上升，到达一个最大速度后再减速上升，先超重再失重，根据图象知该同学做了一次下蹲起立的动作，A错误，D正确；该同学不动时对应的压力传感器的读数为其实际体重，如图所示，G＝500N，B错误；在0～2s内，该同学做了一次下蹲动作，先失重再超重，C错误。

8.B解析：

0～t1时间内，做匀加速运动，加速度向下，是失重状态，A错误；t1～t2时间内，速度与时间图线的纵坐标减小，物体向下做减速运动，切线的斜率为负说明加速度方向向上，空降兵为超重状态，B正确，由图线的切线斜率逐渐减小知加速度逐渐减小，C错误；t1～t2时间内空降兵的位移小于匀减速直线运动的位移，所以空降兵运动的平均速度大小

＜

，D错误。

9.AB解析：

由牛顿第一定律知合外力是乒乓球运动状态变化的原因，A正确；在空中运动的过程中，乒乓球只受重力，加速度方向始终向下，大小为g，所以兵乓球一直处于失重状态，B正确，CD错误。

10.BD解析：

由图象知0﹣1s内做匀加速直线运动，v﹣t图象斜率代表加速度，则0.7s时加速度为

，A错误；0.6s时该学生的加速度向上，由牛顿第二定律知该学生受到单杠竖直向上的作用力大于该学生的重力，故该学生处于超重状态，B正确；1.1s时，由图象切线斜率为0知加速度为0，该学生受到单杠的作用力与重力等大反向，F＝mg＝60×10N＝600N，C错误；1.5s时该学生的加速度向下，根据牛顿第二定律知该学生受到单杠竖直向上的作用力小于该学生的重力，所以该学生处于失重状态，故D正确。

11.BC解析：

若斜面光滑对AB整体由牛顿第二定律得a＝gsinθ，对物体A据牛顿第二定律得水平方向的摩擦力f＝macosθ＝mgsinθ•cosθ，竖直方向mg﹣FN＝masinθ＝mgsin2θ，即FN＝mgcos2θ＜mg，即A、B之间有相互作用力，此时A处于失重状态，A错误，C正确；若A、B整体匀速下滑，则f＝0，FN＝mg，A受重力和B的支持力两个力的作用，B正确；假设地面与斜面体之间有摩擦力，水平方向受力不为零，与“A、B整体静止在斜面上合力为0”不符，故地面与斜面体间没有静摩擦力，D错误。

12.AC解析：

b是人悬吊时弹性绳的平衡位置，从a到b的过程中，绳的拉力小于重力，人处于失重状态，但人的质量不变，故人的惯性不变，A正确，B错误；从b到c的过程中，绳子的拉力大于人的重力，故人处于超重，但人的质量不变，人的惯性不变，C正确，D错误。

13.【答案】

（1）原因：

此时运动员做竖直向下减速运动，运动员的加速竖直向上，绳上的拉力大于运动员的重力；

（2）99m；（3）8.6s。

解析：

（1）超重状态。

原因是运动员做竖直向下减速运动，运动员的加速竖直向上，绳上的拉力大于运动员的重力，所以是超重状态。

（2）设运动员打开降落伞时的速度为v，则自由下落的距离h1=

运动员匀减速下落的距离h2=

，

运动员离开飞机时离地面的高度H=h1+h2

联立解得v＝50m/s。

运动员打开降落伞时离地面的高度h2=99m

（3）打开降落伞之前做自由落体运动的时间

打开降落伞后做匀减速运动的时间

在空中的最短时间为t＝t1+t2＝8.6s。

14.答案：

49m

解：

在0﹣2s内电梯做匀加速运动，由牛顿第二定律得：

a1＝

＝

＝5m/s2

在0﹣2s内电梯上升的高度h1＝

a1t12＝

m＝10m

2s末速度为v＝a1t1＝5×2＝10m/s

2s-5s时间内电梯做匀速运动，电梯上升的高度h2＝vt2＝10×3＝30m

最后1s内做匀减速运动，加速度大小a2＝

＝

m/s2＝2m/s2

在这段时间内电梯上升的高度h3＝vt3﹣

at

＝10×

＝9m

电梯上升的总高度h＝h1+h2+h3＝49m

15.答案：

（1）50N/m；

（2）5m/s2，超重状态。

解：

（1）据F＝kx得：

k＝50N/m

（2）由牛顿第二运动定律得：

kxAC﹣mg＝ma

解得：

a＝5m/s2方向向上。

C位置应标注的加速度值为5m/s2，钩码处于“超重”状态。

16.答案：

（1）4.0m/s2，方向竖直向下，

（2）360N，（3）升降机可能在向上运动，也可能在向下运动。

升降机处于失重状态

解：

（1）物体A受竖直向下的重力mg、竖直向上的拉力F。

据牛顿第二定律得mg﹣F＝ma，解得升降机的加速度a＝4.0m/s2，方向竖直向下。

（2）人受竖直向下的重力Mg、竖直向上的支持力FN。

据牛顿第二定律得Mg﹣FN＝Ma

解得：

FN＝360N.

据牛顿第三定律得人对地板的压力为360N。

（3）升降机可能在向上运动，也可能在向下运动。

升降机处于失重状态。