魯科版〔2021〕高中物理必修第一冊第5章牛頓運動定律

第5節(jié)超重與失重課后練習

一、單項選擇題

1.中國將于2021年左右建成的空間站，將成為中國空間科學和新技術(shù)研究實驗的重要基地，可以預(yù)見，隨著航天員在軌道艙內(nèi)停留時間的增加，體育鍛煉成了一個必不可少的環(huán)節(jié)，以下器材適宜航天員在軌道艙中進行鍛煉的是〔

〕

A.啞鈴????????????????????????????????B.跑步機????????????????????????????????C.單杠????????????????????????????????D.彈簧拉力器

2.如下圖，在豎直方向運動的電梯，其頂部掛有一個彈簧測力計，彈簧測力計的下端掛了一個重物，電梯做勻速直線運動時，彈簧測力計的示數(shù)為10N，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧測力計的示數(shù)變?yōu)?N，關(guān)于電梯的運動，以下說法正確的選項是〔g取10m/s2〕〔

〕

A.電梯可能向下減速運動，加速度大小為1m/s2

B.電梯可能向下加速運動，加速度大小為1m/s2

C.電梯可能向上加速運動，加速度大小為0.9m/s2

D.電梯可能向下加速運動，加速度大小為0.9m/s2

3.載人飛船在發(fā)射和返回地面的過程中，都具有很大的、豎直向上的加速度，會使宇航員的大腦暫時缺血，而發(fā)生“黑視〞。那么以下說法正確的選項是〔

〕

A.飛船發(fā)射時，宇航員處于失重狀態(tài)

B.飛船返回地面的過程中，宇航員處于失重狀態(tài)

C.飛船發(fā)射瞬時宇航員的重力變大

D.飛船發(fā)射時宇航員對座椅壓力大于重力，返回地面的過程中宇航員對座椅壓力也大于重力

4.太空艙圍繞地球做勻速圓周運動時，太空艙內(nèi)的物體〔

〕

A.處于完全失重狀態(tài)，所受重力為零

B.處于完全失重狀態(tài)，所受重力不為零

C.處于失重狀態(tài)但不是完全失重，所受重力不為零

D.處于平衡狀態(tài)，所受合力為零

5.一個人站在磅秤上，在他下蹲的過程中，磅秤的示數(shù)將（）

A.先大于體重，后小于體重，最后等于體重???????????B.先小于體重，后大于體重，最后等于體重

C.先小于體重，后等于體重

D.先大于體重，后等于體重

6.某實驗小組的同學在電梯的天花板上固定一根彈簧秤，使其測量掛鉤向下，并在鉤上懸掛一個重為10

N的鉤碼，彈簧秤彈力隨時間變化的規(guī)律可通過一傳感器直接得出〔如下圖〕。下面分析正確的選項是

〔

〕

A.從時刻t1到時刻t2鉤碼處于超重狀態(tài)

B.從時刻t3到時刻t4鉤碼處于失重狀態(tài)

C.電梯可能開始在15樓，先加速向下，再勻速向下，再減速向下，最后停在1樓

D.電梯可能開始在1樓，先加速上升，再勻速向上，再減速向上，最后停在15樓

7.如下圖，人在水平地面做快速“下蹲〞運動，設(shè)人的重力為G，以下說法正確的選項是〔

〕

A.人對地面的壓力一直大于G

B.地面對人的支持力一直等于G

C.人對地面的壓力先小于G，后大于G????????????????????D.人對地面的壓力先大于G，后小于G

8.金屬小桶側(cè)面有一小孔A，當桶內(nèi)盛水時，水會從小孔A中流出。如果讓裝滿水的小桶自由下落，不計空氣阻力，那么在小桶自由下落過程中〔

〕

A.水繼續(xù)以相同的速度從小孔中噴出??????????????????????B.水不再從小孔噴出

C.水將以更大的速度噴出

D.水將以較小的速度噴出

9.在以下幾種情況中，升降機繩索對同一懸掛物體拉力最小的是〔

〕

A.以很大的速度勻速上升???????????????????????????????????????B.以很小的速度勻速下降

C.以較小的加速度減速下降????????????????????????????????????D.以較小的加速度加速下降

10.某人在地面上最多可舉起50kg的物體，某時他在豎直向上運動的電梯中最多舉起了60kg的物體，據(jù)此判斷此電梯加速度的大小和方向〔g=10m/s2〕〔

〕

A.2m/s2

豎直向上????????????B.m/s2豎直向上????????????C.2m/s2豎直向下????????????D.m/s2豎直向下

11.在杯底固定一個彈簧，上端系一密度小于水的木球，然后在杯中裝水，使木球全部浸沒入水中，此時彈簧長L，〔如圖〕現(xiàn)令杯從高處自由下落，彈簧的長度為L1，那么〔

〕

A.L>L1???????????????????????????B.L=L1???????????????????????????C.L

12.以下關(guān)于各項體育運動的解釋正確的選項是（）

A.蹦床運發(fā)動在空中上升到最高點時處于超重狀態(tài)

B.跳高運發(fā)動在越桿時處于平衡狀態(tài)

C.舉重運發(fā)動把杠鈴舉過頭停在最高點時，杠鈴處于平衡狀態(tài)

D.跳遠運發(fā)動助跑是為了增加自己的慣性，以便跳得更遠

二、填空題

13.在“探究超重與失重的規(guī)律〞實驗中，得到了如右圖所示的圖線.圖中的實線所示是某同學利用力傳感器懸掛一個砝碼在豎直方向運動時，數(shù)據(jù)采集器記錄下的力傳感器中拉力的大小變化情況.從圖中可以知道該砝碼的重力約為________N，A、B、C、D四段圖線中砝碼處于超重狀態(tài)的為________，處于失重狀態(tài)的為________.14.地球同步衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)的周期為________小時〔取整數(shù)〕，假設(shè)將一質(zhì)量為10kg的物體用彈簧秤懸掛在同步衛(wèi)星內(nèi)，彈簧秤的讀數(shù)為________?N．

15.一個重500N的同學站在電梯的水平底板上〔如下圖〕．當電梯勻速上升時，該同學對電梯底板的壓力________?500N；當電梯加速上升時，該同學對電梯底板的壓力________?500N；當電梯減速上升時，該同學對電梯底板的壓力________?500N〔每空均選填“大于〞、“小于〞或“等于〞〕．

16.建筑工人用圖所示的定滑輪裝置運送建筑材料．質(zhì)量為100kg的工人站在地面上，通過定滑輪將20kg的建筑材料以0.5m/s2的加速度拉升，忽略繩子和定滑輪的質(zhì)量及定滑輪的摩擦，那么工人對地面的壓力大小為________?〔g取lOm/s2〕

三、解答題

17.質(zhì)量為m=50kg的小孩子站在電梯內(nèi)的體重計上，電梯從t=0時刻由靜止開始上升，在0到6s內(nèi)體重計示數(shù)F的變化如下圖，試問：在這段時間內(nèi)電梯上升的高度是多少？〔取重力加速度g=10m/s2〕

18.一個人用一條質(zhì)量可不計的細繩從井中豎直向上提一桶水，細繩所能承受的最大拉力為300N．水桶裝滿水后，水與水桶的總質(zhì)量為20kg．那么人向上提升的最大加速度為多大．

19.某人在地面上最多能舉起質(zhì)量為60kg的物體，而在一個加速下降的電梯里他最多能舉起質(zhì)量為80kg的物體，求此時電梯的加速度大小是多少？〔g取10m/s2〕

答案

一、單項選擇題

1.【答案】

D

【解析】在太空中萬有引力全部提供向心力，完全失重狀態(tài)，所以與重力有關(guān)的現(xiàn)象將消失，啞鈴靠重力進行鍛煉；跑步機靠摩擦力進行運動，摩擦力必須有壓力，需要重力；單杠靠自身重力進行鍛煉，彈簧拉力器不需要重力，ABC不符合題意D符合題意。

故答案為：D

2.【答案】

B

【解析】電梯勻速直線運動時，彈簧秤的示數(shù)為10N，知重物的重力等于10N，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧測力計的示數(shù)變?yōu)?N時，對重物有：

mg?F=ma，解得：

a=1m/s2，方向豎直向下，那么電梯的加速度大小為1m/s2，方向豎直向下。

AB．電梯可能向下做加速運動，加速度大小為1m/s2，A不符合題意B符合題意；

CD．電梯也可能向上做減速運動，加速度大小為1m/s2，CD不符合題意；

故答案為：B。

3.【答案】

D

【解析】AC.飛船發(fā)射加速上升時，加速度方向向上，宇航員處于超重狀態(tài)，宇航員的重力不變，A、C不符合題意；

B.飛船返回地面的過程中，加速度方向向上，宇航員處于超重重狀態(tài)，B不符合題意；

D.飛船發(fā)射加速上升時，加速度方向向上，宇航員處于超重狀態(tài)，飛船在落地向下前減速，加速度方向向上，宇航員處于超重狀態(tài)，宇航員對座椅的壓力都大于其重力，D符合題意。

故答案為：D

4.【答案】

B

【解析】太空艙內(nèi)進入軌道做勻速圓周運動，萬有引力完全用以提供其向心力，艙內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài)，但仍然受到重力作用。可見ACD錯，B正確。

故答案為：B

5.【答案】

B

【解析】〔1〕當此人突然下蹲時，人向下加速，具有向下的加速度，人處于失重狀態(tài)，根據(jù)牛頓第二定律分析可知測力計對人的支持力小于人的重力，根據(jù)牛頓第三定律，那么人對測力計的壓力也小于人的重力；〔2〕當人繼續(xù)下蹲，快蹲到底時，人開始向下減速，具有向上的加速度，人處于超重狀態(tài)，根據(jù)牛頓第二定律分析可知測力計對人的支持力大于人的重力，根據(jù)牛頓第三定律，那么人對測力計的壓力也大于人的重力；〔3〕當人站在測力計上靜止不動時，測力計的示數(shù)等于人的重力。故該人下蹲過程中，磅秤的示數(shù)先小于體重，后大于體重，最后等于體重。B符合題意，ACD不符合題意；

故答案為：B。

6.【答案】

C

【解析】從時該t1到t2，鉤碼受到的拉力小于重力時，鉤碼處于失重狀態(tài)，加速度向下，A不符合題意；從時刻t3到t4，鉤碼受到的拉力大于重力，鉤碼處于超重狀態(tài)，加速度向上，B不符合題意；如果電梯開始停在高樓層，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最后停在低樓層，那么應(yīng)該是拉力先等于重力、再小于重力、然后等于重力、大于重力、最后等于重力，C符合題意；如果電梯開始停在低樓層，先加速向上，接著勻速向上，再減速向上，最后停在高樓層，那么應(yīng)該從圖象可以得到，拉力先等于重力、再大于重力、然后等于重力、小于重力、最后等于重力，D不符合題意。

故答案為：C

7.【答案】

C

【解析】下蹲加速階段，加速度方向向下，根據(jù)牛頓第二定律得，mg﹣N＝ma，那么N＝mg﹣ma＜mg，所以壓力F＜G．下蹲過程減速階段，加速度方向向上，根據(jù)牛頓第二定律得，N﹣mg＝ma，那么N＝mg+ma＞mg，所以壓力F＞G．所以人對地面的壓力先小于G，后大于G，ABD不符合題意，C符合題意。

故答案為：C。

8.【答案】

B

【解析】解：水桶自由下落，處于完全失重狀態(tài)，故其中的水也處于完全失重狀態(tài)，對容器壁無壓力，故水不會流出；

故答案為：B．

9.【答案】

D

【解析】A、物體以很大勻速上升或以很小的速度勻速下降時，物體做勻速直線運動，受的拉力與重力也是一對平衡力，所以拉力等于重力，AB不符合題意；

C、以較小的加速度減速下降時，加速度方向向上，物體處于超重狀態(tài)，故拉力大于重力，C不符合題意；

D、以較小的加速度加速下降時，加速度方向向下，物體處于失重狀態(tài)，故拉力小于重力，此時繩的拉力最小，D符合題意。

故答案為：D

10.【答案】

D

【解析】由題意某時他在豎直向上運動的電梯中最多舉起了60kg的物體，知物體處于失重狀態(tài)，此人最大的舉力為F=mg=50×10N=500N．那么由牛頓第二定律得，m′g-F=m′a，解得

a=m＇g?Fm＇=60×10?50060=53m/s

．方向向下．

故答案為：D．

11.【答案】

A

【解析】小球開始受重力、浮力和彈簧的拉力處于平衡，此時彈簧處于伸長狀態(tài)；當杯從高處自由下落時，處于完全失重狀態(tài)，浮力消失，小球的加速度向下，大小為g，那么彈簧的拉力為零，形變量為零，彈簧恢復(fù)到原長狀態(tài)，此時彈簧的長度比開始變短了；故L＞L1；

故答案為：A。

12.【答案】

C

【解析】A項：蹦床運發(fā)動在空中上升到最高點時只受到重力的作用，加速度為重力加速度，處于失重狀態(tài)，所以A不符合題意；

B項：平衡狀態(tài)指的是物體處于靜止或者是勻速直線運動狀態(tài)，跳高運發(fā)動在越桿時，受到重力的作用，不是受力平衡狀態(tài)，所以B不符合題意；

C項：舉重運發(fā)動在舉鈴過頭停在最高點時，玲處于靜止狀態(tài)，受力平衡，所以C符合題意；

D項：慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，跳遠運發(fā)動助跑不是在增加自己的慣性，所以D不符合題意。

故答案為：C。

二、填空題

13.【答案】4〔3.9-4.2〕；AD；BC

【解析】從圖中可知，力不變時約為4N，即砝碼的重力約為4N；當示數(shù)變大時超重為A、D；當示數(shù)變小時失重為B、C。

14.【答案】24；0

【解析】解：地球同步衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)的周期等于地球自轉(zhuǎn)的周期，為24小時．物體用彈簧秤懸掛在同步衛(wèi)星內(nèi)，處于完全失重狀態(tài)，彈簧秤的讀數(shù)為

0．故答案為：24，0．

15.【答案】等于；大于；小于

【解析】解：重500N的同學站在電梯的水平底板上．當電梯勻速上升時，該同學處于平衡狀態(tài)，受力平衡，所以該同學對電梯底板的壓力

等于其重力，即等于500N；當電梯加速上升時，加速度的方向向上，該同學處于超重狀態(tài)；該同學對電梯底板的壓力大于500N；當電梯減速上升時，加速度的方向向下，該同學處于失重狀態(tài)，所以該同學對電梯底板的壓力

小于500N．

故答案為：等于，大于，小于

16.【答案】790N

【解析】解：先研究物體，以加速度0.5m/s2勻加速被拉升，受力分析：重力與繩子的拉力．

那么有：F﹣mg=ma

解得：F=210N，再研究工人，受力分析，重力、繩子拉力、支持力，處于平衡狀態(tài)．

那么有：Mg=F+F支

解得：F支=790N，由牛頓第三定律可得：F壓=790N

故答案為：790N

三、解答題

17.【答案】解：由圖可知，在t=0到t1=2s的時間內(nèi)，體重計的示數(shù)大于mg，故電梯應(yīng)向上做勻加速運動．設(shè)在這段時間內(nèi)體重計對小孩子的支持力為F1，電梯的加速度為a1，根據(jù)牛頓第二定律，得：

F1﹣mg=ma1

可得

a1=0.8m/s2

．

在這段時間內(nèi)電梯上升的高度

h1=

a1t12=

12×0.8×22

=1.6m

t1=2s時刻電梯的速度，即

v1=a1t1=0.8×2=1.6m/s

在t1=2s到t2=5s的時間內(nèi)，體重計的示數(shù)等于mg，故電梯勻速上升，在這段時間內(nèi)電梯上升的高度

h2=v1t2=1.6×3m=4.8m

在t2到t3=6s的時間內(nèi)，體重計的示數(shù)小于mg，故電梯應(yīng)減速上升．設(shè)這段時間內(nèi)體重計作用于小孩子的作用力大小為F2，電梯的加速度大小為a2，由牛頓第二定律，得：

mg﹣F2=ma2

可得

a2=1.6m/s2

．

在這段時間內(nèi)電梯上升的高度

h3=v1〔t3﹣t2〕﹣

a2〔t3﹣t2〕2=1.6×1﹣

×1.6×12=0.8m

電梯上升的總高度

h=h1+h2+h3=7.2m

答：在這段時間內(nèi)電梯上升的高度是7.2m．

【解析】零到兩秒物體處于超重，二到五秒勻速，五到六秒物體處于減速運動狀態(tài)。根據(jù)牛頓第二運動定律列方程求解。i

18.【答案】解：假設(shè)用細繩勻速提升水桶時，繩的拉力與水桶的重力大小相等，但如果向上加速拉水桶時，繩子的拉力那么大于水桶的重力．

根據(jù)牛頓第二定律知：F﹣mg=ma，即：F=mg+ma．

加速度越大，需用的拉力就越大．最大拉力為：

Fmax=mg+mamax

．

代入數(shù)值得：amax=

(30020?10)m/s2

=5

m/s2，即人向上提水桶的最大加速度為5

m/s2

．

答：人向上提升的最大加速度為5m/s2

．

【解析】以水桶為研究對象，拉力最大時加速度最大，根據(jù)牛頓第二定律列方程求解．

19.【答案】解：由題意知，此人最大的舉力：

F=m1g═60kg×10N/kg=600N，在加速下降的電梯里，人最多能舉起質(zhì)量為80kg的物體，由牛頓第二定律得：

m2g﹣F=m2a，解得：a=g﹣

Fm2

=10m/s2﹣

60080

m/s2=2.5m/s2

．

答：此時電梯的加速度大小是2.5m/s2

．

【解析】首先根據(jù)平衡條件求出人舉物體的最大力，然后根據(jù)牛頓第二運動定律，結(jié)合失重進行求解。