高一物理超重和失重典型例题解析
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超重和失重 例题解析★夯实根底1.关于超重和失重,如下说法中正确的答案是A.超重就是物体受的重力增加了B.失重就是物体受的重力减小了C.完全失重就是物体一点重力都不受了D.不论超重或失重物体所受重力是不变的【答案】 D2.前苏联时期在空间建立了一座实验室,至今仍在地球上空运行.这座空间站中所有物体都处于完全失重状态,如此在其中可以完成如下哪个实验A.用天平称量物体的质量B.做托里拆利实验C.验证阿基米德定律D.用两个弹簧秤验证牛顿第三定律【答案】 D3.用一根细绳将一重物吊在电梯的天花板上.在如下四种情况中,绳的拉力最大的是A.电梯匀速上升B.电梯匀速下降C.电梯加速上升D.电梯加速下降【答案】 C4.升降机以0.2 m/s 2的加速度竖直加速上升,站在升降机里质量为60 kg 的人对升降机地板的压力为________N ;如果升降机以一样大小的加速度减速上升,人对地板的压力又为________N.〔g 取10 m/s 2)【解析】 升降机加速上升时,人受向上的支持力F 1和向下的重力mg ,根据牛顿第二定律知:F 1-mg =maF 1=mg +ma =612 N升降机减速上升时,力的方向不变,同理:mg -F 2=maF 2=mg -ma =588 N故两种情况下的压力分别是612 N 、588 N.【答案】 612;5885.某人在地面上最多能举起60 kg 的重物,当此人站在以5 m/s 2的加速度加速上升的升降机中,最多能举起kg 的重物.(g 取10 m/s 2)【解析】 在地面上某人最多能举起60 kg 的重物,如此他的最大举力F =600 N ,在加速上升的升降机中,该力不变,设最多能举起质量为m 的物体,由牛顿第二定律得F -mg =mam=510600+=+a g F kg =40 kg【答案】 406.如图3—7—4所示,升降机天花板上用轻弹簧悬挂一物体,升降机静止时弹簧伸长 10 cm ,运动时弹簧伸长5 cm ,如此升降机的运动状态可能是图3—7—4A.以a =1 m/s 2的加速度加速下降B.以a =1 m/s 2的加速度加速上升C.以a =4.9 m/s 2的加速度减速上升 D.以a =4.9 m/s 2的加速度加速下降【解析】 升降机运动时,弹簧伸长量变小,弹力减小,物体失重,具有向下的加速度.静止时F 1=mg ,F 2=21F 1=21mg 运动时,mg -F 2=ma ,所以a =g /2=4.9 m/s 2.【答案】 CD7.如图3—7—5所示,在原来匀速运动的升降机的水平地板上放一物体,受到一个伸长的弹簧的拉力作用,但仍能保持与升降机相对静止.现突然发现物体被弹簧拉动,如此可以判断升降机的运动状态可能是图3—7—5A.加速上升 B.加速下降 C.减速上升D.减速下降【解析】 当物体匀速时,分析其受力如下列图,因为物体被弹簧拉动,所以弹簧的弹力F 大于物体所受的最大静摩擦力,说明最大静摩擦力减小了,可得F N 减小了.故升降机在竖直方向上具有了向下的加速度.【答案】 BC★提升能力8.在空中竖直向上发射一枚小火箭,其v —t 图象如图3—7—6所示,火箭内的水平支承面上放有质量为0.2 kg 的物体,如此物体对支承面的最大压力为N ,物体对支承面的最小压力为 N 〔g =10 m/s 2〕.图3—7—6【解析】 前5 s火箭加速上升,物体对支承面的压力最大.由v —t 图象知,前5 s 火箭的加速度大小为a 1=5100=∆t v m/s 2=20 m/s 2 放在水平支承面上的物体受到重力mg 和支持力F N ,由牛顿第二定律得F N -mg =maF N =m 〔g +a 〕=0.2×30 N =6 N由牛顿第三定律得,物体对支承面的压力大小为6 N.5 s以后,火箭做竖直上抛运动,加速度为重力加速度,处于完全失重状态,物体对支承面的压力为零.【答案】 6;09.升降机中斜面的倾角为θ,上面放着质量为m 的物体,如图3—7—7所示,当升降机以a 向上加速运动时,物体在斜面上保持静止.求物体所受斜面作用的摩擦力和支持力分别为多大?【解析】 由于物体随升降机加速上升,物体处于超重状态,相当于静止系统内物体重〔mg +ma 〕,所以F f =m (g +a )sin θF N =m (g +a )cos θ 【答案】 F f =m (g +a )sin θF N =m (g +a )cos θ10.质量为M 的人站在地面上,用绳通过定滑轮将质量为m 的重物从高处放下,如图3—7—8所示,假设重物以加速度a 下降〔a <g =,如此人对地面的压力为图3—7—8A.(M +m )g -maB.M (g -a )-maC.(M -m )g +maD.Mg -ma【解析】 对物体受力分析如图,由牛顿第二定律有G -T =ma ①对人受力有F N +T =Mg ②由①②得 F N =Mg -T =Mg +ma -mg =(M -m)g +ma同一根绳上拉力处处相等.【答案】 C11.用力F 提拉用细绳连在一起的A 、B 两物体,如图3—7—9以 4.9 m/s 2的加速度匀加速竖直上升,A 、B 的质量分别为1 kg 和2 kg ,绳子所能承受的最大拉力是35 N ,如此〔1〕力F 的大小是多少?〔2〕为使绳不被拉断,加速上升的最大加速度是多少?【解析】 以AB 整体为研究对象,应用牛顿第二定律,F -(m 1+m 2)g =(m 1+m 2)a 得:F =44.1 N;再以B 为研究对象,为使绳子不被拉断,AB 间的拉力最多能达到F 1=35 N ,如此物体的加速度为a =221m g m F -=7.7 m/s 2图3—7—9图3—7—7【答案】〔1〕44.1 N (2)7.7 m/s2。
失重超重高中物理练习题及讲解# 失重超重现象的高中物理练习题及讲解## 练习题一:失重状态下的物体题目:在一次太空旅行中,宇航员在失重状态下将一个质量为2kg的物体从舱内抛出。
假设物体在抛出时的速度为5m/s,求物体在失重状态下的动能。
解答:失重状态下,物体不受重力影响,动能的计算公式为:\[ KE = \frac{1}{2}mv^2 \]其中,\( m \) 是物体的质量,\( v \) 是物体的速度。
将题目中的数据代入公式,得:\[ KE = \frac{1}{2} \times 2 \times 5^2 = 25 \, \text{J} \] 所以,物体在失重状态下的动能为25焦耳。
## 练习题二:超重状态下的电梯题目:一个质量为60kg的人站在电梯内,电梯以2m/s²的加速度向上加速。
求此时人所感受到的重力。
解答:在超重状态下,人所感受到的重力等于其真实重力加上由于加速度产生的额外力。
真实重力为:\[ F_{\text{real}} = mg \]其中,\( m \) 是人的质量,\( g \) 是重力加速度(约9.8m/s²)。
代入数据得:\[ F_{\text{real}} = 60 \times 9.8 = 588 \, \text{N} \]由于电梯向上加速,人会感受到额外的力,这个力的计算公式为:\[ F_{\text{extra}} = ma \]代入数据得:\[ F_{\text{extra}} = 60 \times 2 = 120 \, \text{N} \]所以,人所感受到的总重力为:\[ F_{\text{total}} = F_{\text{real}} + F_{\text{extra}} =588 + 120 = 708 \, \text{N} \]## 练习题三:失重与超重的转换题目:一个质量为50kg的物体在自由落体过程中,从10m的高度开始下落。
超重和失重 问题 超重和失重是两个很重要的物理现象。
当物体的加速度向上时,物体对支持物的压力大于物体的重力,这种现象叫做超重;当物体的加速度向下时,物体对支持物的压力小于物体的重力,这种现象叫做失重;当物体向下的加速度为g 时,物体对支持物的压力为零,这种现象叫做完全失重。
下面通过举例说明超重和失重的有关问题。
【例1】竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤,如图1所示,弹簧秤的秤钩上悬挂一个质量m =4kg 的物体,试分析下列情况下电梯的运动情况(g 取10m/s 2):(1)当弹簧秤的示数T 1=40N ,且保持不变.(2)当弹簧秤的示数T 2=32N ,且保持不变.(3)当弹簧秤的示数T 3=44N ,且保持不变. 解析:选取物体为研究对象,它受到重力mg 和竖直向上的拉力T 的作用.规定竖直向上方向为正方向.当T 1=40N 时,根据牛顿第二定律有T 1-mg =ma 1,则 由此可见电梯处于静止或匀速直线运动状态. (2)当T 2=32N 时,根据牛顿第二定律有T 2-mg =ma 2,则式中的负号示物体的加速度方向与所选定的正方向相反,即电梯的加速度方向竖直向下.电梯加速下降或减速上升.(3)当T 3=44N 时,根据牛顿第二定律有T 3-mg =ma 3,则加速度为正值表示电梯的加速度方向与所选的正方向相同,即电梯的加速度方向竖直向上.电梯加速上升或减速下降.小结:当物体加速下降或减速上升时,亦即具有竖直向下的加速度时,物体处于失重状态;当物体加速上升或减速下降时,亦即具有竖直向上的加速度时,物体处于超重状态.【例2】举重运动员在地面上能举起120kg 的重物,而在运动着的升降机中却只能举起100kg 的重物,求升降机运动的加速度.若在以2.5m/s 2的加速度加速下降的升降机中,此运动员能举起质量多大的重物?(g 取10m/s 2)解析:运动员在地面上能举起120kg 的重物,则运动员能发挥的向上的最大支撑力F =m 1g =120×10N =1200N ,(1)在运动着的升降机中只能举起100kg 的重物,可见该重物超重了,升降机应具有向上的加速度对于重物:F -m 2g=m 2 a 1,则(2)当升降机以a 2=2.5m/s 2的加速度加速下降时,重物失重.对于重物, 点拨:题中的一个隐含条件是:该运动员能发挥的向上的最大支撑力(即举重时对重物的最大支持力)是一个恒量,它是由运动员本身的素质决定的,不随电梯运动状态的改变而改变.【例3】如图3所示,是电梯上升的v ~t 图线,若电梯的质量为100kg ,则承受电梯的钢绳受到的拉力在0~2s 之间、2~6s 之间、6~9s 之间分别为多大?(g 取10m/s 2)解析:从图中可以看出电梯的运动情况为先加速、后匀速、再减速,根据v -t 图线可以确定电梯的加速度,由牛顿运动定律可列式求解对电梯的受力情况分析如图3所示:(1)由v -t 图线可知,0~2s 内电梯的速度从0均匀增加到6m/s ,其加速度a 1=(v t -v 0)/t =3m/s 2由牛顿第二定律可得F 1-mg =ma 1 解得钢绳拉力 F 1=m(g +a 1)=1300 N(2)在2~6s 内,电梯做匀速运动.F 2=mg =1000N(3)在6~9s 内,电梯作匀减速运动,v 0=6m/s ,v t =0,加速度a 2=(v t -v 0)/t =-2m/s 2由牛顿第二定律可得F 3-mg =ma 2,解得钢绳的拉力F 3=m (g +a 2)=800N .点拨:本题是已知物体的运动情况求物体的受力情况,而电梯的运动情况则由图象给出.要学会从已知的v ~t 图线中找出有关的已知条件.F mg图1 图3小结:从计算结果来看吊起电梯的钢绳的拉力与它的速度无关,而与它的加速度有关,即超失重的条件是看物体运动的加速度而不是看物体运动的速度。
人教版高一物理必修第一册课堂同步精选练习4.6超重和失重(解析版)一、选择题(本题共8小题,每小题6分,满分48分。
在每小题给出的四个选项中,有一个或一个以上选项符合题目要求,全部选对的得3分,选不全的得3分,有选错或不答的得0分。
)1. 如图所示,A、B两物体叠放在一起,以相同的初速度上抛(不计空气阻力),下列说法正确的是()A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力C.下降过程中A对B的压力小于A物体受到的重力D.在上升和下降过程中A对B的压力都等于A物体受到的重力【答案】A【解析】不计空气阻力,则A、B均处于完全失重状态,在上升和下降过程中,A对B的压力一定都为零,A正确。
2.原来做匀速运动的升降机内有一被伸长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【答案】BC【解析】当升降机匀速运动时,地板给物体的静摩擦力与弹簧的弹力平衡,且该静摩擦力小于或等于最大静摩擦力。
当升降机有向下的加速度时,必然会减小物体对地板的正压力,也就减小了最大静摩擦力,这时的最大静摩擦力小于升降机匀速运动时的静摩擦力,而弹簧的弹力又未改变,故只有在这种情况下A才可能被拉向右方。
四个选项中B、C两种情况升降机的加速度是向下的。
故选B、C。
3.高跷运动是一项新型运动,图甲为弹簧高跷。
当人抓住扶手用力蹬踏板压缩弹簧后,人就向上弹起,进而带动高跷跳跃,如图乙。
则下列说法正确的是()A.弹簧压缩到最低点时,高跷对人的作用力大于人的重力B.弹簧压缩到最低点时,高跷对人的作用力等于人的重力C.弹簧压缩到最低点时,人处于超重状态D.弹簧压缩到最低点时,人处于失重状态【答案】AC【解析】弹簧压缩到最低点后,人向上弹起,加速度的方向向上,人处于超重状态,高跷对人的作用力大于人的重力,故A、C正确,B、D错误。
高一物理超重失重试题答案及解析1. 在下面所介绍的各种情况中,哪种情况将出现超重现象? ①荡秋千经过最低点的小孩 ②汽车过凸形桥 ③汽车过凹形桥④在绕地球作匀速圆周运动的飞船中的仪器 A ①② B ①③ C ①④ D ③④ 【答案】B【解析】:①荡秋千经过最低点的小球,此时有向上的加速度,处于超重状态. ②汽车过凸形桥最高点,加速度向下,处于失重状态;③汽车过凹形桥最低点,此时有向上的加速度,处于超重状态. ④在绕地球做匀速圆周运动的飞船中的仪器,处于完全失重状态。
故B 正确。
【考点】考查了超重和失重2. 如图所示,质量一定的汽车驶过圆弧形桥面顶点时未脱离桥面,关于汽车所处的运动状态以及对桥面的压力,以下说法正确的是 ( )A .汽车处于超重状态,它对桥面的压力大于汽车的重力B .汽车处于超重状态,它对桥面的压力小于汽车的重力C .汽车处于失重状态,它对桥面的压力大于汽车的重力D .汽车处于失重状态,它对桥面的压力小于汽车的重力【答案】D【解析】试题解析:由于圆弧形桥面的圆心在下方,故汽车通过时的向心力竖直向下,设汽车受到的圆弧形桥面的支持力为F N ,则由牛顿第二定律可得:mg -F N =ma ,故F N =mg -ma ,根据力的相互性可知,汽车对桥面的压力小于汽车的重力,即汽车处于失重状态,故D 正确。
【考点】牛顿第二定律,圆周运动。
3. 王力乘坐电梯,突然感到背上的背包变轻了,电梯此时可能在 A .匀速上升 B .减速下降 C .加速上升 D .减速上升【答案】D【解析】背包变轻说明处于失重状态,当加速度向下时处于失重状态,即当物体加速下降或减速上升时,才处于失重状态,因此D 正确,ABC 错误。
【考点】超重与失重4. 2013年6月20日上午10时,中国首位“太空教师”王亚平在太空一号太空舱内做了如下两个实验:实验一,将两个细线悬挂的小球由静止释放,小球呈悬浮状。
实验二,拉紧细线给小球一个垂直于线的速度,小球以选点为圆做匀速圆周运动。
超重与失重-例题解析所谓超重和失重。
指的是当物体(或物体系的一部分)具有竖直方向上的加速度时,引起的物体对支持物的压力比其重力大或小.变化的是“视重”,物体本身的重力并没有发生变化.处理超重、失重的问题,实际上是牛顿运动定律的应用,与一般题目的处理方法是一样的,即首先确定研究对象,然后进行受力分析和运动状态分析,选择正方向列牛顿运动定律方程与运动规律方程,求解验证.【例1】升降机以5 m/s2的加速度匀加速上升,站在升降机里的人质量是50 kg,人对升降机地板的压力是多大?若此时人站在升降机里的测力计上,测力计的示数是多大?解析:人和升降机以共同的加速度上升,因而人的加速度是已知的,题中又给出了人的质量。
为了能够应用牛顿第二定律.应该把人作为研究对象.人在升降机中受到两个力:重力G和地板的支持力F.升降机地板对人的支持力和人对升降机地板的压力是一对作用力和反作用力。
根据牛顿第三定律。
只要求出前者就可知道后者.人在G和F的合力作用下,以0.5 m/s2加速度竖直向上运动.取竖直向上为正方向,根据牛顿第二定律得F-G=ma由此可得F=G+ma=m(g+a).代入数值得F=515 N.根据牛顿第三定律.人对地板的压力的大小也是515 N.方向与地板对人的支持力的方向相反,即竖直向下.测力计的示数表示的是测力计受到的压力,所以测力计的示数就是515 N.【例2】某人在地面上最多能举起60 kg的重物,当此人站在以5 m/s2的加速度加速上升的升降机中,最多能举起________kg的重物.(g取10 m/s2)解析:当人在地面上举起杠铃时,对杠铃分析,由牛顿第二定律得F-mg=0在升降机内举起杠铃时,由于升降机具有竖直向上的加速度,故杠铃也具有相同的竖自向上的加速度,而人对外提供的最大力是不变的,对杠铃由牛顿第二定律得F-m′g=m′a解得m′=40 kg.所以,在加速上升的升降机内,人能举起的杠铃的最大质量为40kg.【例】据报载,我国航天第一人杨利伟的质量为63 kg(装备质量不计).假如飞船以8.6 m/s2的加速度竖直上升,这是他对坐椅的压力多大?杨利伟训练时承受的压力可达到8个G,这表示什么意思?当飞船返回地面,减速下降时。
《超重和失重》一、计算题1.2003年,中国成为世界上第三个用飞船载人到太空的国家,并在2005年执行搭载两位宇航员的航天任务,图为飞船升空过程.在飞船加速过程中,宇航员处于超重状态.人们把这种状态下宇航员对座椅的压力与静止在地球表面时所受重力的比值,称为耐受力值,用k表示.在选拔宇航员时,要求其耐受力值为4≤k≤12.若某次宇宙飞船执行任务过程中,在飞船起飞阶段宇航员的耐受力值k1=4.2,而飞船重返大气层阶段飞船以a2=5.2m/s2的加速度竖直向下减速运动.设宇航员质量m= 75kg,求:(1)飞船起飞阶段加速度a1的大小;(2)返回大气层时宇航员的耐受力值k2.2.质量为50kg的人站在升降机中的体重计上,如图所示,求:(g取10m/s2)(1)当升降机以2m/s2的加速度匀加速下降时,通过计算分析人处于超重状态还是失重状态?(2)若该体重计能承受的最大压力为2000N,则升降机向上加速时的最大加速度多大?3.一个质量为50kg的人,站在竖直向上运动着的升降机底板上.他看到升降机上挂着一个带有重物的弹簧测力计,其示数为40N,如图所示,该重物的质量为5kg,这时人对升降机底板的压力是多大?(g取10m/s2)4.一个质量为70kg的人乘电梯竖直向上运行,如图为电梯的速度−时间图象。
(g取10m/s2)求:(1)电梯在0−6s内上升的高度。
(2)在0−2s,2s−5s,5s−6s三个阶段,人对电梯地板的压力分别为多大?5.一个质量是60kg的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一个弹簧秤,弹簧秤下面挂着一个质量为m=5kg的物体A,当升降机向上运动时,他看到弹簧秤的示数为40N,g取10m/s2,求:(1)此时升降机的加速度的大小;(2)此时人对地板的压力.6.在电梯中,把一重物置于台秤上,台秤与力的传感器相连,当电梯从静止加速上升,然后又匀速运动一段时间,最后停止运动;传感器的屏幕上显示出其受的压力与时间的关系(N−t)图象,如图所示,则(1)电梯在哪段时间内加速上升,此过程中重物处于超重状态还是失重状态?为什么?(2)电梯的最大加速度是多大?(取g=10m/s2)7.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。
第四章运动和力的关系6超重和失重基础过关练题组一对超重、失重现象的理解1.(2019宁夏银川一中高一上期末)如果说一个人在电梯中“超重”了,是指()A.人的重力减小B.人的重力增大C.人对电梯的压力减小D.人对电梯的压力增大2.(2019吉林长春外国语学校高一上期末)一个人站在电梯内的测力计上,若他发现体重变大了,则()A.电梯一定在加速下降B.电梯一定在减速上升C.电梯可能在加速上升D.只要电梯减速运动就会出现这种现象3.(2019辽宁沈阳育才中学高一上期中)关于超重和失重,下列说法正确的是()A.超重指的是物体的重力增加,失重指的是物体的重力减少,完全失重是指物体重力完全消失的现象B.站在减速下降的升降机中的人处于失重状态C.被踢出去的足球(忽略空气阻力)在飞行过程中处于失重状态D.举重运动员双手举住杠铃不动时,杠铃处于超重状态4.(2019福建厦门高一上期末)(多选)厦门海底世界的“海狮顶球”节目因其互动性强而深受小朋友们的喜爱。
如图所示为一海狮把球顶向空中,并等其落下。
下列说法正确的是(忽略空气阻力)()A.球在最高点时受到重力和海狮对它的顶力作用B.球在最高点时速度为零,但加速度不为零C.球在上升过程中处于超重状态D.球在下落过程中处于失重状态5.(2019黑龙江哈尔滨三中高一上期末)在下列几种情况中,升降机绳索对同一悬挂物体拉力最小的是()A.以很大的速度匀速上升B.以很小的速度匀速下降C.以较小的加速度减速下降D.以较小的加速度加速下降题组二应用牛顿第二定律解决超重和失重问题6.(多选)在升降机内,一人站在体重计上,发现自己的体重减轻了20%,则下列判断可能正确的是(g取10m/s2)()A.升降机以8m/s2的加速度加速上升B.升降机以2m/s2的加速度加速下降C.升降机以2m/s2的加速度减速上升D.升降机以8m/s2的加速度减速下降7.(2019天津南开高一上期末)在以加速度a匀加速上升的电梯里,有一个质量为m 的人,下列说法正确的是(重力加速度大小为g)()①人的重力为m(g+a)②人的重力为mg③人对电梯的压力为m(g+a)④人对电梯的压力为m(g-a)A.①③B.①④C.②③D.②④8.(2019四川眉山高一上期末)如图所示,将小球用轻绳悬挂在升降机内,当升降机以2m/s2的加速度加速向上运动时轻绳拉力为12N,当升降机以2m/s2的加速度加速向下运动时轻绳拉力为(g取10m/s2)()A.8NB.10NC.12ND.14N9.(2020北京二中高一上期中)(多选)北京欢乐谷游乐场天地双雄是双塔太空梭。
专题29 超重和失重1、超重和失重的概念(1)超重:当物体具有竖直向上的加速度时,物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于自身重力的现象。
(2)失重:物体具有竖直向下的加速度时,物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于自身重力的现象。
(3)完全失重:物体以加速度g a =向下竖直加速或向上减速时,物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力等于零的现象。
2、对超重和失重的理解(1)无论是超重或失重,物体的重力都不变,变化的是视重。
(2)在完全失重的状态下,由重力产生的一切物理现象都会消失。
如单摆停摆、天平会失效、浸没于液体中的物体不再受浮力等,但测力的仪器弹簧测力计是可以使用。
(3)超重、失重、完全失重产生仅与物体的加速度有关,而与物体的速度大小和方向无关。
(4)人们通常用竖直悬挂的弹簧秤或水平放置的台秤来测量物体的重力大小,用这种方法测得的重力大小常称为“视重”,其实质是弹簧秤拉物体的力或台秤对物体的支持力。
3、超重和失重的判断方法 加速度方向 运动类型受力关系超重/失重 竖直向上 向上加速运动或向下减速运动 物体受到的向上的力大于向下的力 超重 竖直向下 向上减速运动或向下加速运动 物体受到的向上的力小于向下的力失重竖直向下g a =自由落体运动或处在绕地球做匀速圆周运动的飞船里面物体不受竖直向上的力的作用完全失重4、视重与物体重力、加速度之间的关系运动情况超重、失重视重平衡状态(静止或匀直运动状态)F mg = 具有向下的加速度a 超重 ()F m g a =- 具有向上的加速度a 失重 ()F m g a =+具有向下的加速度为g完全失重0=F一、单选题1.(2020·江苏省高二期末)SpaceX 公司的“猎鹰9号”火箭成功将载有2名字航员的“飞龙号”发射升空,并成功对接国际空间站、下列说法错误的是( ) A.火箭点火加速,上升的阶段,宇航员处于超重状态 B.“飞龙号”载人飞船与空间站对接时不能视为质点 C.宇航员在国际空间站中可以用体重计测量体重D.火箭通过向后喷射气体提供动力,火箭与气体之间的相互作用力大小相等 1.【答案】C【解析】A.火箭点火加速,上升的阶段,加速度向上,宇航员处于超重状态,选项A 正确,不符合题意; B.“飞龙号”载人飞船与空间站对接时,飞船的大小不能忽略,不能视为质点,选项B 正确,不符合题意; C.宇航员在国际空间站中由于处于完全失重状态,则不可以用体重计测量体重,选项C 错误,符合题意; D.火箭通过向后喷射气体提供动力,火箭与气体之间是相互作用力,其大小相等,选项D 正确,不符合题意2.(2019·洛阳偃师中成外国语学校高三月考)如图,在水平面上的箱子内,带异种电荷的小球a 、b 用绝缘细线分别系于上、下两边,处于静止状态.地面受到的压力为N ,球b 所受细线的拉力为F .剪断连接球b 的细线后,在球b 上升过程中地面受到的压力( )A.小于NB.等于NC.等于N F +D.大于N F +2.【答案】D【解析】以箱子和a 合在一起为研究对象,设其质量为M ,剪断连接球b 的细线前,则F N =Mg-F+F e ,其中F e 表示b 对a 的库仑力,也即为b 对a 和箱子整体的库仑力;剪断连接球b 的细线后,则F N ′=Mg+F e ′,又由于在球b 上升过程中库仑力变大(距离变近),所以F N ′>F N +F ,所以D 正确;故选D.3.(2020·山东省高考真题)一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼,其位移s与时间t的关系图像如图所示。
1. 下列实例属于超重现象的是()A. 汽车驶过拱桥顶端时B. 火箭点火后加速升空时C. 跳水运动员被跳板弹起,离开跳板向上运动时D. 体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时2. 有关超重和失重,以下说法中正确的是()A. 物体处于超重状态时,所受重力增大,处于失重状态时,所受重力减小B. 竖直上抛的木箱中的物体处于完全失重状态C. 在沿竖直方向运动的升降机中出现失重现象时,升降机必定处于下降过程D. 站在月球表面的人处于失重状态3. 第三十届伦敦夏季奥运会于北京时间2012年7月28日开幕,关于各项体育运动的解释,下列说法正确的是()A. 蹦床运动员在空中上升到最高点时处于超重状态B. 跳高运动员在越杆时处于平衡状态C. 举重运动员在举铃过头停在最高点时,铃处于平衡状态D. 跳远运动员助跑是为了增加自己的惯性,以便跳得更远4. 如图所示,是某同学站在力传感器上,做下蹲—起立的动作时记录的力随时间变化的图线,纵坐标为力(单位为牛顿),横坐标为时间(单位为秒),由图可知,该同学的体重约为650 N,除此以外,还可以得到的信息有()A. 该同学做了两次下蹲—起立的动作B. 该同学做了一次下蹲—起立的动作,且下蹲后约2 s起立C. 下蹲过程中人处于失重状态D. 下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态5. 如图所示,在托盘测力计的托盘内固定一个倾角为30°的斜面,现将一个重为4 N的物体放在斜面上,让它自由下滑,那么测力计因4 N物体的存在而增加的读数不可能是()A. 4 NB. 23NC. 2 ND. 3 N6. 某人在地面上用弹簧秤称得其体重为490 N,他将弹簧秤移至电梯内称其体重,t0至t3时间段内,弹簧秤的示数如图所示,电梯运行的v-t图象可能是(取电梯向上运动的方向为正)()7. (北京西城模拟)一座大楼中有一部直通高层的客运电梯,电梯的简化模型如图1所示,已知电梯在t=0时由静止开始上升,电梯的加速度a随时间t的变化如图所示,一质量为M的乘客站在电梯里,电梯对乘客的支持力为F,根据图2 可以判断,力F大小不变,且F<Mg的时间段为()A. 1~8 s内B. 8~9 s内C. 15~16 s内D. 16~23 s内8. 如图所示为跳水运动员最后踏板的过程:运动员从高处落到处于自然状态的跳板A位置上,同跳板一起向下运动到最低点B位置,运动员从A运动到B的过程中,下列说法正确的是()A. 运动员到达A位置时处于失重状态B. 运动员到达B位置时处于超重状态C. 运动员的速度一直在增大D. 运动员的加速度一直在增大1. B 解析:发生超重现象时,物体的加速度方向竖直向上。
超重和失重·典型例题解析
【例1】竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤,如图24-1所示,弹簧秤的秤钩上悬挂一个质量m =4kg 的物体,试分析下列情况下电梯的运动情况(g 取10m/s 2):
(1)当弹簧秤的示数T 1=40N ,且保持不变.
(2)当弹簧秤的示数T 2=32N ,且保持不变.
(3)当弹簧秤的示数T 3=44N ,且保持不变.
解析:选取物体为研究对象,它受到重力mg 和竖直向上的拉力T 的作用.规定竖直向上方向为正方向.
(1)当T 1=40N 时,根据牛顿第二定律有T 1-mg =ma 1,解得这时
电梯的加速度=-=-×=,由此可见,电梯处于a 404104
m /s 012T mg m 1 静止或匀速直线运动状态.
(2)当T 2=32N 时,根据牛顿第二定律有T 2-mg =ma 2,解得这
时电梯的加速度===-.式中的负号表a 2m /s 22T mg m m s 2232404
--/ 示物体的加速度方向与所选定的正方向相反,即电梯的加速度方向竖直向下.电梯加速下降或减速上升.
(3)当T 3=44N 时,根据牛顿第二定律有T 3-mg =ma 3,解得这时
电梯的加速度==-=.为正值表示电梯a 44404
m /s 1m /s a 3223T mg m 3- 的加速度方向与所选的正方向相同,即电梯的加速度方向竖直向上.电梯加速上升或减速下降.
点拨:当物体加速下降或减速上升时,亦即具有竖直向下的加速度时,物
体处于失重状态;当物体加速上升或减速下降时,亦即具有竖直向上的加速度时,物体处于超重状态.
【例2】举重运动员在地面上能举起120kg 的重物,而在运动着的升降机中却只能举起100kg 的重物,求升降机运动的加速度.若在以2.5m/s 2的加速度加速下降的升降机中,此运动员能举起质量多大的重物?(g 取10m/s 2)
解析:运动员在地面上能举起120kg 的重物,则运动员能发挥的向上的最大支撑力F =m 1g =120×10N =1200N ,
在运动着的升降机中只能举起100kg 的重物,可见该重物超重了,升降机应具有向上的加速度
对于重物,-=,所以==-×=;
F m g m a a 120010010100m /s 2m /s 221122F m g m -22
当升降机以2.5m/s 2的加速度加速下降时,重物失重.对于重物,
m g F m a m 120010 2.5
kg 160kg 3323-=,得==-=.F g a -2 点拨:题中的一个隐含条件是:该运动员能发挥的向上的最大支撑力(即举重时对重物的最大支持力)是一个恒量,它是由运动员本身的素质决定的,不随电梯运动状态的改变而改变.
【例3】如图24-2所示,是电梯上升的v ~t 图线,若电梯的质量为100kg ,则承受电梯的钢绳受到的拉力在0~2s 之间、2~6s 之间、6~9s 之间分别为多大?(g 取10m/s 2)
解析:从图中可以看出电梯的运动情况为先加速、后匀速、再减速,根据v -t 图线可以确定电梯的加速度,由牛顿运动定律可列式求解
对电梯的受力情况分析如图24-2所示:
(1)由v -t 图线可知,0~2s 内电梯的速度从0均匀增加到6m/s ,其加速度a 1=(v t -v 0)/t =3m/s 2
由牛顿第二定律可得F 1-mg =ma 1
解得钢绳拉力F1=m(g+a1)=1300 N
(2)在2~6s内,电梯做匀速运动.F2=mg=1000N
(3)在6~9s内,电梯作匀减速运动,v0=6m/s,v t=0,加速度a2=(v t-v0)/t=-2m/s2
由牛顿第二定律可得F3-mg=ma2,解得钢绳的拉力F3=m(g+a2)=
800N.
点拨:本题是已知物体的运动情况求物体的受力情况,而电梯的运动情况则由图象给出.要学会从已知的v~t图线中找出有关的已知条件.【问题讨论】在0~2s内,电梯的速度在增大,电梯的加速度恒定,吊起电梯的钢绳拉力是变化的,还是恒定的?
在2~6s内,电梯的速度始终为0~9s内的最大值,电梯的加速度却恒为零,吊起电梯的钢绳拉力又如何?
在6~9s内,电梯的速度在不断减小,电梯的加速度又是恒定的,吊起电梯的钢绳拉力又如何?
请你总结一下,吊起电梯的钢绳的拉力与它的速度有关,还是与它的加速度有关?
【例4】如图24-3所示,在一升降机中,物体A置于斜面上,当升降机处于静止状态时,物体A恰好静止不动,若升降机以加速度g竖直向下做匀加速运动时,以下关于物体受力的说法中正确的是
[ ] A.物体仍然相对斜面静止,物体所受的各个力均不变
B.因物体处于失重状态,所以物体不受任何力作用
C.因物体处于失重状态,所以物体所受重力变为零,其它力不变
D.物体处于失重状态,物体除了受到的重力不变以外,不受其它力的作用
点拨:(1)当物体以加速度g向下做匀加速运动时,物体处于完全失重状态,其视重为零,因而支持物对其的作用力亦为零.
(2)处于完全失重状态的物体,地球对它的引力即重力依然存在.
答案:D
【例5】如图24-4所示,滑轮的质量不计,已知三个物体的质量关系是:
m1=m2+m3,这时弹簧秤的读数为T.若把物体m2从右边移到左边的物体m1上,弹簧秤的读数T将
[ ] A.增大
B.减小
C.不变
D.无法判断
点拨:(1)若仅需定性讨论弹簧秤读数T的变化情况,则当m2从右边移到左边后,左边的物体加速下降,右边的物体以大小相同的加速度加速上升,由于m1+m2>m3,故系统的重心加速下降,系统处于失重状态,因此T<(m1+m2+m3)g.
而m2移至m1上后,由于左边物体m1、m2加速下降而失重,因此跨过滑轮的连线张力T0<(m1+m2)g;由于右边物体m3加速上升而超重,因此跨过滑轮的连线张力T0>m3g.
(2)若需定量计算弹簧秤的读数,则将m1、m2、m3三个物体组成的连接体使用隔离法,求出其间的相互作用力T0,而弹簧秤读数T=2T0,即可求解.答案:B
跟踪反馈
1.金属小筒的下部有一个小孔A,当筒内盛水时,水会从小孔中流出,如果让装满水的小筒从高处自由下落,不计空气阻力,则在小筒自由下落的过程中
[ ]
A.水继续以相同的速度从小孔中喷出
B.水不再从小孔中喷出
C.水将以较小的速度从小孔中喷出
D.水将以更大的速度从小孔中喷出
2.一根竖直悬挂的绳子所能承受的最大拉力为T,有一个体重为G的运动员要沿这根绳子从高处竖直滑下.若G>T,要使下滑时绳子不断,则运动员应该
[ ] A.以较大的加速度加速下滑
B.以较大的速度匀速下滑
C.以较小的速度匀速下滑
D.以较小的加速度减速下滑
3.在以4m/s2的加速度匀加速上升的电梯内,分别用天平和弹簧秤称量一个质量10kg的物体(g取10m/s2),则
[ ] A.天平的示数为10kg
B.天平的示数为14kg
C.弹簧秤的示数为100N
D.弹簧秤的示数为140N
4.如图24-5所示,质量为M的框架放在水平地面上,一根轻质弹簧的上端固定在框架上,下端拴着一个质量为m的小球,在小球上下振动时,框架始终没有跳起地面.当框架对地面压力为零的瞬间,小球加速度的大小为
[ ]
A g B
C0 D
..
..
()
()
M m g
m
M m g
m
-
+
参考答案:1.B 2.A 3.AD 4.D。