5.5 超重与失重（举一反三·讲义）物理鲁科版必修第一册

5.5 超重与失重 目 录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1超重现象】 2 【知识点2 失重现象】 3 课后作业 6 模块二 知识精讲 情景导入 思考：站在体重计上的人，迅速下蹲或迅速站起来时，体重计示数会不会发生变化？为什么？ 知识归纳 【知识点1 超重现象】 视重:当将物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。 1.定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象。 2.产生条件：物体具有竖直向上的加速度。 分析:物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时， 根据牛顿第二定律有：N－mg＝ma，此时N>mg。 3.运动类型：超重物体做向上的加速运动或向下的减速运动。 【例1】如图所示，某同学在体验超重和失重现象．下列说法中正确的是(　　) A．学生缓慢站起来时，体重计示数大于学生的重力 B．学生突然站起来开始一段较短时间内，体重计示数大于学生的重力 C．学生开始直立，缓慢下蹬时，体重计示数小于学生的重力 D．学生突然站起来开始一段较短时间内，体重计对学生的支持力大于学生对体重计的压力 【变式1-1】如图所示，在台秤的托盘上放一个支架，支架上固定一电磁铁A，电磁铁A的正下方有一铁块B，电磁铁A不通电时，台秤的示数为G.某时刻接通电源，在铁块B被吸引起来的过程中，台秤的示数将(　　) A．不变　　　　　B．变大 C．变小 D．忽大忽小 【变式1-2】如图所示，用绳子将质量为2 kg的盘式弹簧秤吊起，使秤盘保持水平．在秤盘上放上质量为0.5 kg的砝码之后，使整个秤竖直向上运动，此时秤的指针示数为0.55 kg，不计空气阻力．(g取10 m/s2)求： (1)盘式弹簧秤运动加速度的方向． (2)盘式弹簧秤运动加速度的大小． (3)绳子对盘式弹簧秤的拉力． 【知识点2 失重现象】 1.定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象。 2.产生条件：物体具有竖直向下的加速度。 分析:物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时， 根据牛顿第二定律有：mg－N＝ma，此时N<mg。 3.运动类型：失重物体做向上的减速运动或向下的加速运动。 4.完全失重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的状态。 (2)产生条件：物体竖直向下的加速度等于重力加速度。 (3)所有的抛体运动，在不计阻力的情况下，都处于完全失重状态。 5.超重、失重的分析 状态 特征 加速度 视重(F)与重力的关系 运动情况 受力图 平衡 a＝0 F＝mg 静止或匀速直线运动 超重 向上 F＝m(g＋a)＞mg 向上加速或向下减速 失重 向下 F＝m(g－a)＜mg 向下加速或向上减速 完全失重 向下a＝g F＝0 抛体运动、自由落体运动等 【例2】如图所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，降落伞未打开时不计空气阻力。下列说法正确的是(　　) A.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零 B.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力 C.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力 D.在降落伞打开后减速下降过程中，安全带的作用力小于B的重力 【变式2-1】下列关于超重与失重的说法中，正确的是 (　　) A.超重就是物体的重力增加了 B.失重就是物体的重力减少了 C.完全失重就是物体的重力没有了 D.不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的 【变式2-2】人在平地上静止站立时，受到的支撑力等于人的重力。做原地纵跳时，在快速下蹲和蹬伸的过程中，人体受到的支撑力发生变化(如图，G为重力，F为支撑力)。下列曲线能正确反映该变化的是(　　) 【变式2-3】如图所示，建筑工人在砌墙时需要将砖块运送到高处，采用的方式是一工人甲在低处将一摞砖竖直向上抛出，在高处的工人乙将其接住。每块砖的质量均为m，现只考虑最上层的两块砖，不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法正确的是(　　) A.工人甲在将砖块抛出时(砖未离手)，砖块处于失重状态 B.工人甲在将砖块抛出时(砖未离手)，砖块间作用力等于mg C.工人甲在将砖块抛出后，砖块处于失重状态 D.工人甲在将砖块抛出后，砖块间作用力等于mg 模块三 课后作业 一、选择题:(共12题) 1．关于超重和失重，下列说法正确的是(　　) A.物体处于超重状态时，物体一定在上升 B.物体处于失重状态时，物体可能在上升 C.物体处于完全失重状态时，地球对它的引力就消失了 D.物体处于完全失重状态时，它所受到的合外力为零 2.如图所示，为一物体随升降机由一楼运动到某高层过程中的v－t图象，则(　　) A.物体在0～2 s内处于失重状态 B.物体在2～4 s内处于超重状态 C.物体在4～5 s内处于失重状态 D.由于物体的质量未知，所以无法判断超重、失重状态 3.跳水运动员从10 m跳台腾空跃起，先向上运动一段距离达到最高点后，再自由下落进入水池，不计空气阻力，关于运动员在空中上升过程和下落过程，以下说法正确的有 (　　) A.上升过程处于超重状态，下落过程处于失重状态 B.上升过程处于失重状态，下落过程处于超重状态 C.上升过程和下落过程均处于超重状态 D.上升过程和下落过程均处于完全失重状态 4．跳高运动是征服高度的项目，由有节奏的助跑、单脚起跳、腾空过杆与落地等动作组成，以运动员最后成功越过横杆上缘的高度计算成绩并以此判定名次。如图是背越式跳高的情景图，则(　　) A．运动员起跳时她对地面的压力大于地面对她的支持力 B．运动员起跳时地面对她的支持力等于她所受到的重力 C．运动员起跳后在上升过程与下降过程均处于失重状态 D．运动员在最高点时重心可能低于横杆并处于平衡状态 5.容器内盛有部分水，现将容器竖直向上抛出，设容器在上抛过程中不发生翻转，忽略空气阻力。那么下列说法中正确的是(　　) A.上升过程中水对容器底面的压力逐渐增大 B.下降过程中水对容器底面的压力逐渐减小 C.在最高点水对容器底面的压力大小等于水的重力大小 D.整个过程中水对容器底面都没有压力 6.下列关于超重和失重的说法正确的是(　　) A.体操运动员双手握住单杠吊在空中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都处于失重状态 C.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 D.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 7.如图所示，挂有一条鱼的弹簧测力计悬在电梯顶部，鱼的质量为m，当地的重力加速度为g，在电梯运行过程中，弹簧测力计示数为F，则(　　) A.若F＝mg，则电梯一定在匀速运动 B.若F>mg，则电梯一定在加速上升 C.若F>mg，则电梯一定在减速上升 D.若F<mg，则电梯一定在减速上升 8.图甲是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作时的示意图，中间的“·”表示人的重心，图乙是根据传感器采集到的数据画出的力—时间图线，两图中a～g各点均对应，其中有几个点在图甲中没有画出，取重力加速度g＝10 m/s2。根据图像分析可知(　　) A．人的重力为1500 N B．c点位置人处于超重状态 C．e点位置人处于失重状态 D．人在d点位置的加速度小于在f点的加速度 9.(多选)有一种大型娱乐器械可以让人体验超重和失重，其环形座舱套在竖直柱子上(如图所示)，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落。落到一定位置时，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列说法正确的是(　　) A.座舱自由下落的过程中人处于超重状态 B.座舱自由下落的过程中人处于失重状态 C.座舱减速下落的过程中人处于超重状态 D.座舱下落的整个过程中人处于失重状态 10.(多选)在一电梯的地板上有一压力传感器，其上放一物块，如图甲所示，当电梯运行时，传感器示数大小随时间变化的关系图象如图乙所示，根据图象分析得出的结论中正确的是(　　) A.从时刻t1到t2，物块处于失重状态 B.从时刻t3到t4，物块处于失重状态 C.电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层 D.电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层 11.(多选)如图所示，蹦床运动员从空中落到床面上，运动员从接触床面下降到最低点为第一过程，从最低点上升到离开床面为第二过程，运动员 (　　) A.在第一过程中始终处于失重状态 B.在第二过程中始终处于超重状态 C.在第一过程中先处于失重状态，后处于超重状态 D.在第二过程中先处于超重状态，后处于失重状态 12.(多选)美国宇航局计划2025年前载人登陆小行星，如图为畅想登陆小行星的宇航员。为训练宇航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＝500 m/s时进入失重状态试验，在速度大小为v2＝1 000 m/s 时退出失重状态试验。重力加速度为g＝ 10 m/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150 s D.如果是竖直下抛运动，可计算失重时间是50 s 二.计算题: 13.质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？处于什么状态？(g取10 m/s2) (1)升降机匀速上升； (2)升降机以3 m/s2的加速度加速上升； (3)升降机以4 m/s2的加速度加速下降。 14.压力传感器与计算机组合能测绘压力随时间变化的图像，某实验小组为了测量一幢19层的大楼每层的平均高度，在电梯内用压力传感器进行了如下实验：质量为m＝50 kg的甲同学站在压力传感器上，乙同学运用计算机记录了电梯从地面一楼上升到19层楼顶全过程中压力FN随时间t变化的图像(如图所示)，重力加速度g＝10 m/s2，试问： (1)电梯何时启动？启动时的加速度多大？ (2)该大楼每层的平均高度为多少？ 15.将金属块m，用轻质弹簧卡压在一矩形箱中(如图所示)，在箱的上底板和下底板有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动，当箱以a＝2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上、下底板压力传感器分别显示6.0 N和10.0 N(取g＝10 m/s2)。 (1)若上底板压力传感器示数为下底板压力传感器的一半，试判断箱的运动情况； (2)要使上底板压力传感器示数为零，箱沿竖直方向的运动情况可能是怎样的？ 　 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.5 超重与失重 目 录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1超重现象】 2 【知识点2 失重现象】 4 课后作业 6 模块二 知识精讲 情景导入 思考：站在体重计上的人，迅速下蹲或迅速站起来时，体重计示数会不会发生变化？为什么？ 知识归纳 【知识点1 超重现象】 视重:当将物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。 1.定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象。 2.产生条件：物体具有竖直向上的加速度。 分析:物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时， 根据牛顿第二定律有：N－mg＝ma，此时N>mg。 3.运动类型：超重物体做向上的加速运动或向下的减速运动。 【例1】如图所示，某同学在体验超重和失重现象．下列说法中正确的是(　　) A．学生缓慢站起来时，体重计示数大于学生的重力 B．学生突然站起来开始一段较短时间内，体重计示数大于学生的重力 C．学生开始直立，缓慢下蹬时，体重计示数小于学生的重力 D．学生突然站起来开始一段较短时间内，体重计对学生的支持力大于学生对体重计的压力 【答案】B 【详解】学生缓慢站起来时，加速度为零，体重计示数等于学生的重力；学生突然站起来时，加速度向上，处于超重状态，体重计示数大于学生的重力；学生缓慢下蹬时加速度为零，体重计示数等于学生的重力；学生突然站起来时，体重计对学生的支持力大于学生的重力，但体重计对学生的支持力与学生对体重计的压力是一对作用力与反作用力，大小相等． 【变式1-1】如图所示，在台秤的托盘上放一个支架，支架上固定一电磁铁A，电磁铁A的正下方有一铁块B，电磁铁A不通电时，台秤的示数为G.某时刻接通电源，在铁块B被吸引起来的过程中，台秤的示数将(　　) A．不变　　　　　B．变大 C．变小 D．忽大忽小 【答案】B 【详解】当铁块B被吸起时脱离台秤，所以对台秤的压力消失，台秤的示数减小，从而错选C.其实，铁块B被吸起的过程是铁块B加速上升的过程，处于超重状态，即整体处于超重状态，所以整体对托盘的压力大于整体的重力．故选项B正确． 【变式1-2】如图所示，用绳子将质量为2 kg的盘式弹簧秤吊起，使秤盘保持水平．在秤盘上放上质量为0.5 kg的砝码之后，使整个秤竖直向上运动，此时秤的指针示数为0.55 kg，不计空气阻力．(g取10 m/s2)求： (1)盘式弹簧秤运动加速度的方向． (2)盘式弹簧秤运动加速度的大小． (3)绳子对盘式弹簧秤的拉力． 【答案】(1)盘式弹簧秤运动加速度的方向向上　(2)1 m/s2　(3)27.5 N，方向竖直向上 【详解】(1)秤的指针示数为0.55 kg，大于砝码的质量，所以砝码受到的支持力大于其重力，砝码处于超重状态，可知加速度的方向向上． (2)由牛顿第二定律：FN－mg＝ma， 所以a＝＝ m/s2＝1 m/s2 (3)以弹簧秤与砝码组成的整体为研究对象，则：FT－(m＋M)g＝(m＋M)a 代入数据得：FT＝27.5 N，方向竖直向上． 【知识点2 失重现象】 1.定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象。 2.产生条件：物体具有竖直向下的加速度。 分析:物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时， 根据牛顿第二定律有：mg－N＝ma，此时N<mg。 3.运动类型：失重物体做向上的减速运动或向下的加速运动。 4.完全失重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的状态。 (2)产生条件：物体竖直向下的加速度等于重力加速度。 (3)所有的抛体运动，在不计阻力的情况下，都处于完全失重状态。 5.超重、失重的分析 状态 特征 加速度 视重(F)与重力的关系 运动情况 受力图 平衡 a＝0 F＝mg 静止或匀速直线运动 超重 向上 F＝m(g＋a)＞mg 向上加速或向下减速 失重 向下 F＝m(g－a)＜mg 向下加速或向上减速 完全失重 向下a＝g F＝0 抛体运动、自由落体运动等 【例2】如图所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，降落伞未打开时不计空气阻力。下列说法正确的是(　　) A.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零 B.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力 C.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力 D.在降落伞打开后减速下降过程中，安全带的作用力小于B的重力 【答案】A 【详解】据题意，降落伞未打开时，A、B两人一起做自由落体运动，处于完全失重状态，则A、B之间安全带的作用力为0，A正确，B、C错误；降落伞打开后，A、B减速下降，加速度向上，则A、B处于超重状态，对B有：T－mg＝ma，即T＝mg＋ma＞mg，故D错误。 【变式2-1】下列关于超重与失重的说法中，正确的是 (　　) A.超重就是物体的重力增加了 B.失重就是物体的重力减少了 C.完全失重就是物体的重力没有了 D.不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的 【答案】D 【详解】超重是物体对接触面的压力或对悬挂物的拉力大于物体的真实重力，物体的重力并没有增加，所以A错误；失重是物体对接触面的压力或对悬挂物的拉力小于物体的真实重力，物体的重力并没有减少，所以B错误；完全失重是说物体对接触面的压力或对悬挂物的拉力为零的时候，此时物体的重力也不变，所以C错误；不论是超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力是不变的，只是对接触面的压力或对悬挂物的拉力不和重力相等了，所以D正确。 【变式2-2】人在平地上静止站立时，受到的支撑力等于人的重力。做原地纵跳时，在快速下蹲和蹬伸的过程中，人体受到的支撑力发生变化(如图，G为重力，F为支撑力)。下列曲线能正确反映该变化的是(　　) 【答案】D 【详解】人从静止站立快速下蹲，有向下的加速度，处于失重状态，F<G，在向上蹬伸的过程中，人有向上的加速度，处于超重状态，F>G，当速度最大到腾空之前，重力大于支撑力，腾空后，支撑力为零。选项D正确。 【变式2-3】如图所示，建筑工人在砌墙时需要将砖块运送到高处，采用的方式是一工人甲在低处将一摞砖竖直向上抛出，在高处的工人乙将其接住。每块砖的质量均为m，现只考虑最上层的两块砖，不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法正确的是(　　) A.工人甲在将砖块抛出时(砖未离手)，砖块处于失重状态 B.工人甲在将砖块抛出时(砖未离手)，砖块间作用力等于mg C.工人甲在将砖块抛出后，砖块处于失重状态 D.工人甲在将砖块抛出后，砖块间作用力等于mg 【答案】C【详解】工人甲在将砖块抛出时(砖未离手)，砖块具有向上的加速度，处于超重状态，A错误；由牛顿第二定律得N－mg＝ma，所以砖块间作用力N＝m(g＋a)>mg，B错误；工人甲在将砖块抛出后，砖块处于完全失重状态，C正确；工人甲在将砖块抛出后，砖块间作用力等于0，D错误。 模块三 课后作业 一、选择题:(共12题) 1．关于超重和失重，下列说法正确的是(　　) A.物体处于超重状态时，物体一定在上升 B.物体处于失重状态时，物体可能在上升 C.物体处于完全失重状态时，地球对它的引力就消失了 D.物体处于完全失重状态时，它所受到的合外力为零 【答案】B 【详解】物体处于超重状态时，具有向上的加速度，但其运动方向不确定，可能向上加速，也可能向下减速，A错误；物体处于失重或者是完全失重状态时，具有向下的加速度，可能向下加速，也可能向上减速，B正确；完全失重时，物体仍受到地球对它的吸引力，即受到重力的作用，合外力不为零，C、D错误。 2.如图所示，为一物体随升降机由一楼运动到某高层过程中的v－t图象，则(　　) A.物体在0～2 s内处于失重状态 B.物体在2～4 s内处于超重状态 C.物体在4～5 s内处于失重状态 D.由于物体的质量未知，所以无法判断超重、失重状态 【答案】C 【详解】从加速度的角度看，0～2 s内加速度为正，表示方向竖直向上，物体处于超重状态，A错误；2～4 s内升降机匀速上升，加速度为零，既不超重也不失重，B错误；4～5 s内升降机减速上升，加速度竖直向下，处于失重状态，C正确；不知道物体的质量，也可以通过加速度的方向来判断升降机处于失重还是超重，D错误。 3.跳水运动员从10 m跳台腾空跃起，先向上运动一段距离达到最高点后，再自由下落进入水池，不计空气阻力，关于运动员在空中上升过程和下落过程，以下说法正确的有 (　　) A.上升过程处于超重状态，下落过程处于失重状态 B.上升过程处于失重状态，下落过程处于超重状态 C.上升过程和下落过程均处于超重状态 D.上升过程和下落过程均处于完全失重状态 【答案】D 【详解】跳水运动员在空中时无论上升还是下落，加速度方向均向下，由于不计空气阻力，故均为完全失重状态，故选项D正确。 4．跳高运动是征服高度的项目，由有节奏的助跑、单脚起跳、腾空过杆与落地等动作组成，以运动员最后成功越过横杆上缘的高度计算成绩并以此判定名次。如图是背越式跳高的情景图，则(　　) A．运动员起跳时她对地面的压力大于地面对她的支持力 B．运动员起跳时地面对她的支持力等于她所受到的重力 C．运动员起跳后在上升过程与下降过程均处于失重状态 D．运动员在最高点时重心可能低于横杆并处于平衡状态 【答案】C 【详解】运动员起跳时她对地面的压力大小等于地面对她的支持力，选项A错误；运动员起跳时具有向上的加速度，地面对她的支持力大于她所受到的重力，选项B错误；运动员起跳后在上升过程与下降过程受到向下的合力作用，加速度方向向下，运动员均处于失重状态，选项C正确；运动员在最高点时重心可能低于横杆，但受到向下的合力作用，处于非平衡状态，选项D错误。 5.容器内盛有部分水，现将容器竖直向上抛出，设容器在上抛过程中不发生翻转，忽略空气阻力。那么下列说法中正确的是(　　) A.上升过程中水对容器底面的压力逐渐增大 B.下降过程中水对容器底面的压力逐渐减小 C.在最高点水对容器底面的压力大小等于水的重力大小 D.整个过程中水对容器底面都没有压力 【答案】D 【详解】如果忽略空气阻力，所有物体做抛体运动规律都一样。比如棉花和铁块做自由落体运动规律是一样的。所以题中是完全失重现象。 6.下列关于超重和失重的说法正确的是(　　) A.体操运动员双手握住单杠吊在空中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都处于失重状态 C.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 D.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 【答案】B 【详解】从受力上看，失重物体所受合外力向下，超重物体所受合外力向上；从加速度上看，失重物体的加速度向下，而超重物体的加速度向上。A、C、D中的各运动员所受合外力为零，加速度为零，只有B中的运动员处于失重状态。 7.如图所示，挂有一条鱼的弹簧测力计悬在电梯顶部，鱼的质量为m，当地的重力加速度为g，在电梯运行过程中，弹簧测力计示数为F，则(　　) A.若F＝mg，则电梯一定在匀速运动 B.若F>mg，则电梯一定在加速上升 C.若F>mg，则电梯一定在减速上升 D.若F<mg，则电梯一定在减速上升 【答案】A 【详解】F>mg，电梯超重，可能加速上升也可能减速下降；F<mg是失重状态，电梯可能加速下降或减速上升。 8.图甲是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作时的示意图，中间的“·”表示人的重心，图乙是根据传感器采集到的数据画出的力—时间图线，两图中a～g各点均对应，其中有几个点在图甲中没有画出，取重力加速度g＝10 m/s2。根据图像分析可知(　　) A．人的重力为1500 N B．c点位置人处于超重状态 C．e点位置人处于失重状态 D．人在d点位置的加速度小于在f点的加速度 【答案】B 【详解】开始时人处于平衡状态，人对传感器的压力是500 N，根据牛顿第三定律和平衡条件可知，人的重力也是500 N，A错误；由图乙可知，人处于c点时对传感器的压力大于其重力，处于超重状态，B正确；人处于e点时对传感器的压力大于其重力，处于超重状态，C错误； 人在d点时的加速度大小为a1＝＝ m/s2＝20 m/s2， 人在f点时的加速度大小为a2＝＝ m/s2＝10 m/s2，a1＞a2， 则人在d点位置的加速度大于在f点的加速度，D错误。 9.(多选)有一种大型娱乐器械可以让人体验超重和失重，其环形座舱套在竖直柱子上(如图所示)，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落。落到一定位置时，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列说法正确的是(　　) A.座舱自由下落的过程中人处于超重状态 B.座舱自由下落的过程中人处于失重状态 C.座舱减速下落的过程中人处于超重状态 D.座舱下落的整个过程中人处于失重状态 【答案】BC 【详解】在自由下落的过程中人只受重力作用，做自由落体运动，处于失重状态，故A错误，B正确；在减速运动的过程中人受重力和座位对人向上的支持力，做减速运动，所以加速度向上，人处于超重状态，故C正确，D错误。 10.(多选)在一电梯的地板上有一压力传感器，其上放一物块，如图甲所示，当电梯运行时，传感器示数大小随时间变化的关系图象如图乙所示，根据图象分析得出的结论中正确的是(　　) A.从时刻t1到t2，物块处于失重状态 B.从时刻t3到t4，物块处于失重状态 C.电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层 D.电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层 【答案】BC 【详解】从F－t图象可以看出，0～t1，F＝mg，电梯可能处于静止状态或匀速运动状态；t1～t2，F>mg，电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，可能加速向上运动或减速向下运动；t2～t3，F＝mg，可能静止或匀速运动；t3～t4，F<mg，电梯具有向下的加速度，物块处于失重状态，可能加速向下或减速向上运动。综上分析可知，B、C正确。 11.(多选)如图所示，蹦床运动员从空中落到床面上，运动员从接触床面下降到最低点为第一过程，从最低点上升到离开床面为第二过程，运动员 (　　) A.在第一过程中始终处于失重状态 B.在第二过程中始终处于超重状态 C.在第一过程中先处于失重状态，后处于超重状态 D.在第二过程中先处于超重状态，后处于失重状态 【答案】CD 【详解】运动员刚接触床面时重力大于弹力，运动员向下做加速运动，运动员处于失重状态；随床面的形变的增大，弹力逐渐增大，弹力大于重力时，运动员做减速运动，运动员处于超重状态，故A错误，C正确；蹦床运动员在上升过程中和下落过程中是对称的，加速度方向先向上后向下，先处于超重状态，后处于失重状态，故B错误，D正确。 12.(多选)美国宇航局计划2025年前载人登陆小行星，如图为畅想登陆小行星的宇航员。为训练宇航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＝500 m/s时进入失重状态试验，在速度大小为v2＝1 000 m/s 时退出失重状态试验。重力加速度为g＝ 10 m/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150 s D.如果是竖直下抛运动，可计算失重时间是50 s 【答案】CD 【详解】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＝＝150 s，如果是竖直下抛运动可计算时间是t＝＝50 s，C、D正确。 二.计算题: 13.质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？处于什么状态？(g取10 m/s2) (1)升降机匀速上升； (2)升降机以3 m/s2的加速度加速上升； (3)升降机以4 m/s2的加速度加速下降。 【答案】(1)600 N　平衡状态　(2)780 N　超重状态 (3)360 N　失重状态 【详解】人站在升降机中的体重计上，受力情况如图所示。 (1) 当升降机匀速上升时，由牛顿第二定律得F合＝N－G＝0， 所以人受到的支持力N＝G＝mg＝600 N。 根据牛顿第三定律得人对体重计的压力就等于体重计的示数，即600 N，处于平衡状态。 (2)当升降机以3 m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得N－G＝ma，N＝ma＋G＝m(g＋a)＝780 N。 由牛顿第三定律得，此时体重计的示数为780 N，大于人的重力，人处于超重状态。 (3)当升降机以4 m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得G－N＝ma，N＝G－ma＝m(g－a)＝360 N， 由牛顿第三定律得此时体重计的示数为360 N，小于人的重力600 N，人处于失重状态。 14.压力传感器与计算机组合能测绘压力随时间变化的图像，某实验小组为了测量一幢19层的大楼每层的平均高度，在电梯内用压力传感器进行了如下实验：质量为m＝50 kg的甲同学站在压力传感器上，乙同学运用计算机记录了电梯从地面一楼上升到19层楼顶全过程中压力FN随时间t变化的图像(如图所示)，重力加速度g＝10 m/s2，试问： (1)电梯何时启动？启动时的加速度多大？ (2)该大楼每层的平均高度为多少？ 【答案】(1)2 s时　2 m/s2　(2)2.84 m 【详解】(1)在0～2 s内，压力等于重力，2～3 s内压力大于重力， 所以t＝2 s时电梯启动，由F1－mg＝ma1得 启动时的加速度a1＝＝ m/s2＝2 m/s2。 (2)从图中读出电梯运动28 s，匀加速上升的时间为t1＝1 s， 匀速上升的时间为t2＝26 s，匀减速上升的时间为t3＝1 s， 减速过程的加速度大小为a2＝＝ m/s2＝2 m/s2 大楼的总高度x＝a1t＋vt2＋a2t 其中v＝a1t1，代入数据解得x＝54 m. 则大楼每层的平均高度为h＝＝2.84 m。 15.将金属块m，用轻质弹簧卡压在一矩形箱中(如图所示)，在箱的上底板和下底板有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动，当箱以a＝2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上、下底板压力传感器分别显示6.0 N和10.0 N(取g＝10 m/s2)。 (1)若上底板压力传感器示数为下底板压力传感器的一半，试判断箱的运动情况； (2)要使上底板压力传感器示数为零，箱沿竖直方向的运动情况可能是怎样的？ 【答案】(1)静止或匀速运动　(2)向上加速或向下减速，且加速度a≥10 m/s2 【详解】当上底板压力传感器示数为6.0 N，下底板压力传感器示数为10.0 N时， 对物体有：mg＋F上－F弹＝ma，F弹＝F下 代入数据得：m＝0.50 kg。 (1)弹簧弹力不变mg＋－F弹＝ma1，得a1＝0箱静止或做匀速运动； (2)上底板压力为零，取向上为正，则F弹－mg＝ma2；代入数据得：a2＝10 m/s2， 要使上底板示数为零，则箱向上的加速度大于或等于10 m/s2均可。 此时箱向上加速运动或向下减速运动，并且加速度a≥10 m/s2。 　 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $