4.5 牛顿运动定律的应用 第 2 课时 牛顿运动定律在超重、失重中的应用-2024-2025学年上海市高一物理必修一（沪科版2020）同步讲义

第 2 课时 牛顿运动定律在超重、失重中的应用 课时聚焦 1． 超重、失重和完全失重的比较 超重现象 失重现象 完全失重 定义 物体对悬绳的拉力或对支持物的压力________物体所受重力的现象 物体对悬绳的拉力或对支持物的压力________物体所受重力的现象 物体对悬绳的拉力或对支持物的压力等于________的现象 产生条件 物体的加速度方向________ 物体的加速度方向________ 物体的加速度方向________，大小a=________ 原理式 F − mg = ma， F = m(g＋a) mg – F = ma， F = m(g – a) mg – F = mg， F = 0 运动状态 加速________、减速________ 加速________、减速________ ________、无阻力的抛体运动等 同步精练 一、选择题 2． 关于超重和失重，下列说法正确的是（ ） A．物体向上运动时处于超重状态，物体向下运动时处于失重状态 B．处于完全失重状态的物体一定向下运动 C．超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减小了 D．物体做自由落体运动时处于完全失重状态 3． 下列说法正确的是（ ） A．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 B．蹦床运动员在空中上升和下落过程中处于失重状态 C．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 D．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态 4． 下列几种情况中，升降机绳索拉力最大的是（ ） A．以很大速度匀速上升 B．以很小速度匀速下降 C．上升时以很大的加速度减速 D．下降时以很大的加速度减速 5． 升降机内的台秤上站立着一个重 490 N 的人，在升降机沿竖直方向运动时，下列说法正确的是（ ） A．台秤示数为 490 N，升降机一定处于匀速上升状态 B．台秤示数为 400 N，升降机一定处于匀加速下降状态 C．台秤示数为 400 N，升降机一定处于匀减速上升状态 D．以上说法均不对 6． 游乐园中，游客乘坐能加速或减速上升的升降机，可以体会超重和失重的感觉，下列说法正确的是（ ） A．当升降机加速上升时，游客是处在失重状态 B．当升降机减速下降时，游客是处在失重状态 C．当升降机减速上升时，游客是处在失重状态 D．当升降机加速下降时，游客是处在超重状态 7． 如图，金属小桶侧面有一小孔 A，当桶内盛水时，水会从小孔 A 中流出。如果让装满水的小桶自由下落，不计空气阻力，则在小桶自由下落过程中（ ） A．水继续以相同的速度从小孔中喷出 B．水不再从小孔喷出 C．水将以更大的速度喷出 D．水将以较小的速度喷出 8． 如图，原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长弹簧拉住的物体 A 静止在地板上。现发现 A 突然被弹簧拉向右方，此时升降机的运动可能是（ ）A A．加速上升 B．减速上升 C．匀速下降 D．减速下降 9． 若以向上为正方向，某电梯运动的v–t图像如图，则电梯中的乘客（ ）t1 O t2 t3 t4 t5 t6 t7 t v A．0～t1时间内处于失重状态 B．t1～t2时间内处于失重状态 C．t4～t5时间内处于超重状态 D．t6～t7时间内处于超重状态 10． 在探究超重和失重规律时，某体重为 G 的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作。下列关于压力 F 随时间 t 变化的图像中，可能正确的是（ ） 二、填空题 11． 在竖直方向运行的电梯中，会出现置于电梯地板上的物体对地板的压力__________物体所受重力的现象，这种现象称为超重现象。物体处于超重或失重状态时，物体所受的_________始终存在，大小也没有改变。失重和超重现象与物体运动的速度无关，只取决于__________的大小与方向。 12． 人做俯卧撑向下时，可以简化为人的重心先做____________________运动，随后做_________________运动，体验到_________和___________。 13． 一个质量为 70 kg 的人在电梯中用体重计称重，当电梯静止时，体重计示数为 700 N；当电梯以 a = g 向下做匀加速运动时，体重计示数为__________N；当电梯以 a = g 向下做匀减速运动时，体重计示数为__________N。（g 取 10 m/s2） 14． 质量为 2 kg 的物体用弹簧测力计悬挂在可以竖直升降的电梯中，示数为 26 N，由此可知该物体处于__________（选填“超重”或“失重”）状态，电梯做__________________或_______________的运动，其加速度大小为__________m/s2。（g 取 10 m/s2） 15． 某宇宙飞船中的宇航员的质量是 60 kg，起飞阶段向上的加速度是 30 m/s2，则宇航员对坐椅向下的压力为__________N；重返大气层阶段飞船以加速度 5 m/s2 向下做减速运动，则宇航员对坐椅向下的压力为__________N。 O 200 400 600 800 1000 2 4 6 8 10 t/s F/N 16． 一同学站在体重计上蹲坐，直立、下蹲或起立，记录的压力 F 随时间 t 变化的图线如图所示。根据图线，该同学在第2 s 末至第 8 s 末的时间内在体重计上可能的运动情况是 _______________________________________ _______________________________________ 三、综合题 17． 如图（a），用升降机从静止开始竖直向上搬运重为 50 N 的物体，物体相对升降机静止。若物体所受弹力 F 与时间 t 的变化关系如图（b）所示，试分析说明物体在各段时间内做什么运动？物体 F/N 0 3 10 13 t/s 50 （a） （b） 18． 把一体重计放在竖直电梯的地板上，某同学站在体重计上，电梯起动并竖直上升，发现某段时间内，体重计的示数比电梯静止时的示数增加了 20%。在到达目标楼层前某段时间内，又发现体重计示数比电梯静止时的示数减少了 10%，在两次示数对应的时间段内，求： （1）该同学对体重计的压力大小之比； （2）电梯的加速度大小之比。 19． 天问一号着陆器在成功着陆火星表面的过程中，经大气层减速后，在火星表面附近打开降落伞后，经过 90 s 速度由 460 m/s进一步减为 100 m/s。若此运动可近似认为是竖直下降，若着陆器中有一质量为 2 kg 的元件，要令在它不松动，使之固定的力大小至少为多少？（已知火星表面的重力加速度约为地球的 倍，g地 取 10 m/s2） 受力图 20． 某人在地面上最多能举起 60 kg 的物体，而在一个加速下降的电梯里最多能举起 80 kg 的物体。（g 取 10 m/s2） （1）求电梯的加速度。 （2）若电梯以此加速度上升，此人在电梯里最多能举起物体的质量是多少？ （2）受力图 （1）受力图 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第 2 课时 牛顿运动定律在超重、失重中的应用 课时聚焦 1． 超重、失重和完全失重的比较 超重现象 失重现象 完全失重 定义 物体对悬绳的拉力或对支持物的压力________物体所受重力的现象 物体对悬绳的拉力或对支持物的压力________物体所受重力的现象 物体对悬绳的拉力或对支持物的压力等于________的现象 产生条件 物体的加速度方向________ 物体的加速度方向________ 物体的加速度方向________，大小a=________ 原理式 F − mg = ma， F = m(g＋a) mg – F = ma， F = m(g – a) mg – F = mg， F = 0 运动状态 加速________、减速________ 加速________、减速________ ________、无阻力的抛体运动等 Comment by Aegean Zhang: 超重现象（由上至下）：大于，向上，上升，下降 失重现象（由上至下）：小于，向下，下降，上升 完全失重（由上至下）：零，向下，g，自由落体 同步精练 一、选择题 2． 关于超重和失重，下列说法正确的是（ ） A．物体向上运动时处于超重状态，物体向下运动时处于失重状态 B．处于完全失重状态的物体一定向下运动 C．超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减小了 D．物体做自由落体运动时处于完全失重状态 3． 下列说法正确的是（ ） A．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 B．蹦床运动员在空中上升和下落过程中处于失重状态 C．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 D．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态 4． 下列几种情况中，升降机绳索拉力最大的是（ ） A．以很大速度匀速上升 B．以很小速度匀速下降 C．上升时以很大的加速度减速 D．下降时以很大的加速度减速 5． 升降机内的台秤上站立着一个重 490 N 的人，在升降机沿竖直方向运动时，下列说法正确的是（ ） A．台秤示数为 490 N，升降机一定处于匀速上升状态 B．台秤示数为 400 N，升降机一定处于匀加速下降状态 C．台秤示数为 400 N，升降机一定处于匀减速上升状态 D．以上说法均不对 6． 游乐园中，游客乘坐能加速或减速上升的升降机，可以体会超重和失重的感觉，下列说法正确的是（ ） A．当升降机加速上升时，游客是处在失重状态 B．当升降机减速下降时，游客是处在失重状态 C．当升降机减速上升时，游客是处在失重状态 D．当升降机加速下降时，游客是处在超重状态 7． 如图，金属小桶侧面有一小孔 A，当桶内盛水时，水会从小孔 A 中流出。如果让装满水的小桶自由下落，不计空气阻力，则在小桶自由下落过程中（ ） A．水继续以相同的速度从小孔中喷出 B．水不再从小孔喷出 C．水将以更大的速度喷出 D．水将以较小的速度喷出 8． 如图，原来做匀速运动的升降机内，有一被伸长弹簧拉住的物体 A 静止在地板上。现发现 A 突然被弹簧拉向右方，此时升降机的运动可能是（ ）A A．加速上升 B．减速上升 C．匀速下降 D．减速下降 9． 若以向上为正方向，某电梯运动的v–t图像如图，则电梯中的乘客（ ）t1 O t2 t3 t4 t5 t6 t7 t v A．0～t1时间内处于失重状态 B．t1～t2时间内处于失重状态 C．t4～t5时间内处于超重状态 D．t6～t7时间内处于超重状态 10． 在探究超重和失重规律时，某体重为 G 的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作。下列关于压力 F 随时间 t 变化的图像中，可能正确的是（ ） 二、填空题 11． 在竖直方向运行的电梯中，会出现置于电梯地板上的物体对地板的压力__________物体所受重力的现象，这种现象称为超重现象。物体处于超重或失重状态时，物体所受的_________始终存在，大小也没有改变。失重和超重现象与物体运动的速度无关，只取决于__________的大小与方向。 Comment by fanjing: 大于，重力，加速度 2021沪科版练习册4.5.3 12． 人做俯卧撑向下时，可以简化为人的重心先做____________________运动，随后做_________________运动，体验到_________和___________。 Comment by fanjing: 向下的加速，向下的减速，失重，超重 提示：向下加速运动时，加速度向下，向下减速运动时，加速度向上 2021沪科版练习册4.5.4 13． 一个质量为 70 kg 的人在电梯中用体重计称重，当电梯静止时，体重计示数为 700 N；当电梯以 a = g 向下做匀加速运动时，体重计示数为__________N；当电梯以 a = g 向下做匀减速运动时，体重计示数为__________N。（g 取 10 m/s2） Comment by Aegean Zhang: 0，1400 14． 质量为 2 kg 的物体用弹簧测力计悬挂在可以竖直升降的电梯中，示数为 26 N，由此可知该物体处于__________（选填“超重”或“失重”）状态，电梯做__________________或_______________的运动，其加速度大小为__________m/s2。（g 取 10 m/s2） Comment by Aegean Zhang: 超重，向上加速或向下减速，3 15． 某宇宙飞船中的宇航员的质量是 60 kg，起飞阶段向上的加速度是 30 m/s2，则宇航员对坐椅向下的压力为__________N；重返大气层阶段飞船以加速度 5 m/s2 向下做减速运动，则宇航员对坐椅向下的压力为__________N。 Comment by Aegean Zhang: 2400，900 涉及牛三 O 200 400 600 800 1000 2 4 6 8 10 t/s F/N 16． 一同学站在体重计上蹲坐，直立、下蹲或起立，记录的压力 F 随时间 t 变化的图线如图所示。根据图线，该同学在第2 s 末至第 8 s 末的时间内在体重计上可能的运动情况是 _______________________________________ _______________________________________ 三、综合题 17． 如图（a），用升降机从静止开始竖直向上搬运重为 50 N 的物体，物体相对升降机静止。若物体所受弹力 F 与时间 t 的变化关系如图（b）所示，试分析说明物体在各段时间内做什么运动？ Comment by fj: （1）在0~3 s内，因弹力F大于重力且不变，所以物体向上做匀加速运动； （2）在3~10 s内，因弹力F等于重力，所以物体向上做匀速运动； （3）在10~13 s内，因弹力F小于重力且不变，所以物体向上做匀减速运动。 物体 F/N 0 3 10 13 t/s 50 （a） （b） 18． 把一体重计放在竖直电梯的地板上，某同学站在体重计上，电梯起动并竖直上升，发现某段时间内，体重计的示数比电梯静止时的示数增加了 20%。在到达目标楼层前某段时间内，又发现体重计示数比电梯静止时的示数减少了 10%，在两次示数对应的时间段内，求： （1）该同学对体重计的压力大小之比； （2）电梯的加速度大小之比。 Comment by Aegean Zhang: （1）4∶3 （2）2∶1 19． 天问一号着陆器在成功着陆火星表面的过程中，经大气层减速后，在火星表面附近打开降落伞后，经过 90 s 速度由 460 m/s进一步减为 100 m/s。若此运动可近似认为是竖直下降，若着陆器中有一质量为 2 kg 的元件，要令在它不松动，使之固定的力大小至少为多少？（已知火星表面的重力加速度约为地球的 倍，g地 取 10 m/s2） Comment by fanjing: 16.9 N 受力图 20． 某人在地面上最多能举起 60 kg 的物体，而在一个加速下降的电梯里最多能举起 80 kg 的物体。（g 取 10 m/s2） （1）求电梯的加速度。 （2）若电梯以此加速度上升，此人在电梯里最多能举起物体的质量是多少？ （2）受力图 （1）受力图 1 学科网（北京）股份有限公司 $$