【講與練】高中物理人教版(2019)必修1：4.6 超重和失重提能作業(yè)習(xí)題

第四章6合格考訓(xùn)練一、選擇題1．(2023·重慶高一統(tǒng)考期末)近年，中國(guó)航天取得的成就令世人矚目，如圖長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭在文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空。火箭點(diǎn)火后，燃?xì)庖院艽蟮乃俣葟幕鸺龂娍趪姵觯鸺@得推力而上升，以下說(shuō)法正確的是(C)A．火箭加速上升過(guò)程，火箭處于失重狀態(tài)B．火箭減速上升過(guò)程，火箭處于超重狀態(tài)C．火箭加速時(shí)，燃?xì)鈱?duì)火箭的推力等于火箭對(duì)燃?xì)獾耐屏．火箭加速時(shí)，燃?xì)鈱?duì)火箭的推力大于火箭對(duì)燃?xì)獾耐屏馕觯夯鸺铀偕仙^(guò)程，加速度方向向上，火箭處于超重狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；火箭減速上升過(guò)程，加速度方向向下，火箭處于失重狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；火箭加速時(shí)，燃?xì)鈱?duì)火箭的推力與火箭對(duì)燃?xì)獾耐屏κ且粚?duì)相互作用力，大小總是相等，故C正確，D錯(cuò)誤。2．(2023·山東濟(jì)南歷城第二中學(xué)高一期末)在高速入口處兩人發(fā)現(xiàn)提醒駕駛員系好安全帶的標(biāo)語(yǔ)。關(guān)于安全帶的作用，兩人有不同的意見(jiàn)，以下說(shuō)法正確的是(B)A．系好安全帶后，駕駛員的慣性減小B．若汽車由行駛速度v緊急剎車減速為0，系好安全帶時(shí)駕駛員的平均加速度小于不系安全帶時(shí)駕駛員的平均加速度C．系好安全帶后，當(dāng)緊急剎車時(shí)安全帶對(duì)駕駛員的力大于駕駛員對(duì)安全帶的力D．系好安全帶后，駕駛員對(duì)座椅壓力變大，處于超重狀態(tài)解析：駕駛員的慣性只與質(zhì)量有關(guān)，系好安全帶后，駕駛員的慣性不變，故A錯(cuò)誤；若汽車由行駛速度v緊急剎車減速為0，系好安全帶時(shí)安全帶在剎車時(shí)會(huì)給駕駛員緩沖力，所以系安全帶時(shí)的平均加速度小于不系安全帶時(shí)駕駛員的平均加速度，故B正確；當(dāng)緊急剎車時(shí)安全帶對(duì)駕駛員的力與駕駛員對(duì)安全帶的力為作用力與反作用力，始終等大反向，故C錯(cuò)誤；豎直方向上合力為零，所以駕駛員對(duì)座椅壓力不變，既不失重也不超重，故D錯(cuò)誤。3．(多選)(2023·廣西欽州高一階段練習(xí))如圖所示，在盛滿水的瓶的底部鉆幾個(gè)小孔，然后讓其自由下落，則下落過(guò)程中不可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是(BCD)解析：讓盛滿水的瓶自由下落時(shí)，瓶和里面的水都做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)，它們的運(yùn)動(dòng)情況是相同的，所以不會(huì)有水流出。故選BCD。4．(2023·河北承德高一?？计谀?體重為600N的某同學(xué)站在力傳感器上，做下蹲動(dòng)作時(shí)，傳感器記錄了力隨時(shí)間變化的圖線，如圖所示。由圖可知(D)A．該同學(xué)在下蹲過(guò)程先超重再失重B．該同學(xué)在t1時(shí)刻重心速度最大C．該同學(xué)在t2時(shí)刻重心最低D．該同學(xué)在t4時(shí)刻重心速度為零解析：由圖可知，在t1時(shí)刻傳感器示數(shù)最小，此時(shí)人具有最大的向下的加速度，t2時(shí)刻傳感器示數(shù)與這位同學(xué)的體重相等，故人在開(kāi)始下蹲到t2時(shí)刻做向下的加速運(yùn)動(dòng)，處于失重狀態(tài)，在t2時(shí)刻速度達(dá)到最大；t2～t4傳感器示數(shù)大于體重，加速度方向向上，人在這個(gè)階段做向下的減速運(yùn)動(dòng)，處于超重狀態(tài)，在t4時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)，即此刻人處于靜止?fàn)顟B(tài)，下蹲動(dòng)作結(jié)束，重心在此時(shí)最低。故選D。5．(2023·河南鄭州高一期末)撐竿跳高是一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過(guò)持竿助跑、借助撐竿的支撐騰空、在完成一系列復(fù)雜的動(dòng)作后越過(guò)橫桿的運(yùn)動(dòng)。某運(yùn)動(dòng)員(視為質(zhì)點(diǎn))剛越過(guò)橫桿時(shí)速度為0，后豎直下落至彈性軟墊，隨后繼續(xù)下落至最低點(diǎn)，已知運(yùn)動(dòng)員在空中下落高度為4m，重力加速度取g＝10m/s2，不計(jì)空氣阻力。下列說(shuō)法正確的是(D)A．運(yùn)動(dòng)員落到軟墊后一直做減速運(yùn)動(dòng)B．運(yùn)動(dòng)員撐桿上升過(guò)程中先處于失重狀態(tài)，后處于超重狀態(tài)C．運(yùn)動(dòng)員在空中下落過(guò)程約用時(shí)1.5sD．運(yùn)動(dòng)員下落到軟墊上時(shí)的速度大小約為eq\r(80)m/s解析：運(yùn)動(dòng)員落到軟墊后，開(kāi)始時(shí)軟墊的作用力小于重力，運(yùn)動(dòng)員仍然要做一段加速運(yùn)動(dòng)后才會(huì)減速，故A錯(cuò)誤；撐桿上升的過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員先是有向上的加速度，后來(lái)變成向下的加速度，所以運(yùn)動(dòng)員先處于超重狀態(tài)，后處于失重狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；由h＝eq\f(1,2)gt2，解得運(yùn)動(dòng)員在空中下落時(shí)間為t＝eq\r(\f(2h,g))＝eq\r(0.8)s，運(yùn)動(dòng)員下落到軟墊上時(shí)的速度大小為v＝gt＝eq\r(80)m/s，故C錯(cuò)誤，D正確。6．(多選)(2023·北京豐臺(tái)高一期末)某人站在置于水平地面上的壓力傳感器上，進(jìn)行蹲起動(dòng)作，圖中呈現(xiàn)的是在一段時(shí)間壓力傳感器的示數(shù)隨時(shí)間變化的情況。由此可以判斷(AC)A．在0～8s內(nèi)，該人完成一次完整的蹲起過(guò)程B．狀態(tài)a到狀態(tài)b對(duì)應(yīng)著下蹲過(guò)程，狀態(tài)b到狀態(tài)c對(duì)應(yīng)著站起過(guò)程C．從狀態(tài)d到狀態(tài)e，人處于超重狀態(tài)D．從狀態(tài)e到狀態(tài)f，人的重心運(yùn)動(dòng)的速度和加速度方向都向上解析：由F－t圖像可知人的重力為mg＝500N，則壓力傳感器的示數(shù)大于重力時(shí)處于超重，加速度向上，壓力傳感器的示數(shù)小于重力時(shí)處于失重，加速度向下，一次下蹲過(guò)程是先向下加速再向下減速，則應(yīng)為先失重后超重；一次站起過(guò)程是先向上加速再向上減速，則應(yīng)為先超重后失重，故在0～8s內(nèi)，該人完成一次完整的下蹲過(guò)程(狀態(tài)a到狀態(tài)c)和一次完整的站起的過(guò)程(狀態(tài)d到狀態(tài)f)，即該人完成一次完整的蹲起過(guò)程，故A正確；狀態(tài)a到狀態(tài)b對(duì)應(yīng)著下蹲過(guò)程中的加速過(guò)程，狀態(tài)b到狀態(tài)c對(duì)應(yīng)著下蹲過(guò)程中的減速過(guò)程，故B錯(cuò)誤；從狀態(tài)d到狀態(tài)e，人的視重大于重力，處于超重狀態(tài)，故C正確；從狀態(tài)e到狀態(tài)f，人的視重小于重力，處于失重狀態(tài)，人處于向上站起的減速階段，則重心運(yùn)動(dòng)的速度方向向上，加速度方向向下，故D錯(cuò)誤。二、非選擇題7．一根細(xì)繩下端掛一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體，在豎直方向上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，若繩受到物體的拉力為23.6N，試確定物體的運(yùn)動(dòng)情況。若繩的拉力為15.6N，物體的運(yùn)動(dòng)情況又如何？答案：向上勻加速直線運(yùn)動(dòng)或向下勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為2m/s2向上勻減速直線運(yùn)動(dòng)或向下勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為2m/s2解析：若繩受到物體的拉力為23.6N，則F＝23.6N>G＝2×9.8N＝19.6N由牛頓第二定律可得F－mg＝ma解得a＝eq\f(F－mg,m)＝2m/s2所以物體向上勻加速直線運(yùn)動(dòng)或向下勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為2m/s2。若繩的拉力為15.6N，則F′＝15.6N<G＝19.6N由牛頓第二定律可得mg－F′＝ma′解得a′＝eq\f(mg－F′,m)＝2m/s2所以物體向上勻減速直線運(yùn)動(dòng)或向下勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為2m/s2。等級(jí)考訓(xùn)練一、選擇題1．(多選)(2023·內(nèi)蒙古高一?？茧A段練習(xí))如圖所示是跳水運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練中的一張照片起跳時(shí)運(yùn)動(dòng)員用力下壓跳板，然后再向上跳起。在運(yùn)動(dòng)員起跳過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是(BD)A．運(yùn)動(dòng)員能跳起來(lái)是因?yàn)榘鍖?duì)人的彈力大于人對(duì)板的壓力B．運(yùn)動(dòng)員能跳起來(lái)是因?yàn)榘鍖?duì)人的彈力大于人的重力C．在運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)板之前，人處于超重狀態(tài)D．在運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)板之后，人處于完全失重狀態(tài)解析：運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)板前跳起時(shí)，板對(duì)人的彈力和人對(duì)板的壓力是一對(duì)作用力與反作用力，由牛頓第三定律可知，這兩個(gè)力大小相等，A錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)員能跳起來(lái)是因?yàn)榘鍖?duì)人的彈力大于人的重力，運(yùn)動(dòng)員受合力方向向上，B正確；運(yùn)動(dòng)員起跳過(guò)程中，在離開(kāi)板之前，運(yùn)動(dòng)員先向下壓跳板到壓到最低點(diǎn)，向下先加速后減速，先失重后超重，跳板由最低點(diǎn)到運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)跳板，跳板的彈力先大于重力后小于重力，運(yùn)動(dòng)員向上先加速后減速，先超重后失重，C錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)員起跳過(guò)程中，在運(yùn)動(dòng)員離開(kāi)板之后，只受重力作用，人處于完全失重狀態(tài)，D正確。2．(2023·海南高一月考)如圖，質(zhì)量為m的小球掛在電梯的天花板上。電梯在以大小為eq\f(g,3)的加速度向下減速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，小球(D)A．處于失重狀態(tài)，所受拉力為eq\f(1,3)mgB．處于失重狀態(tài)，所受拉力為eq\f(2,3)mgC．處于超重狀態(tài)，所受拉力為eq\f(1,3)mgD．處于超重狀態(tài)，所受拉力為eq\f(4,3)mg解析：小球掛在電梯的天花板上，受到重力mg和繩的拉力T，以大小為eq\f(1,3)g的加速度向下減速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向上，小球處于超重狀態(tài)，由牛頓第二定律可得T－mg＝ma，解得T＝mg＋ma＝eq\f(4,3)mg，故選D。3．(2023·湖南常德高一期末)近幾年，極限運(yùn)動(dòng)越來(lái)越受到年輕人的喜歡，其中“反向蹦極”是一項(xiàng)比蹦極更刺激的運(yùn)動(dòng)。如圖所示，彈性輕繩的上端固定在O點(diǎn)，拉長(zhǎng)后將下端固定在體驗(yàn)者的身上，并與固定在地面上的力傳感器相連，傳感器示數(shù)為1400N。打開(kāi)扣環(huán)，從A點(diǎn)由靜止釋放，像火箭一樣被“豎直發(fā)射”，經(jīng)B點(diǎn)上升到最高位置C點(diǎn)，在B點(diǎn)時(shí)速度最大。人與裝備的總質(zhì)量為70kg(可視為質(zhì)點(diǎn))。不計(jì)空氣阻力，則下列說(shuō)法正確的是(C)A．在C點(diǎn)，人處于超重狀態(tài)B．在B點(diǎn)，人所受合力方向向上C．打開(kāi)扣環(huán)瞬間，人的加速度大小為20m/s2D．從A點(diǎn)到B點(diǎn)上升過(guò)程中，人的加速度不斷變大解析：根據(jù)題意可知，B到C過(guò)程，體驗(yàn)者向上做減速運(yùn)動(dòng)，在最高位置C點(diǎn)時(shí)，速度為零，加速度向下，處于失重狀態(tài)，A錯(cuò)誤；在B點(diǎn)時(shí)人的速度最大，加速度為零，此時(shí)人所受合力為零，B錯(cuò)誤；打開(kāi)扣環(huán)之前，傳感器示數(shù)T＝1400N，設(shè)彈性繩的彈力為F，由平衡條件F＝T＋mg，打開(kāi)扣環(huán)后，由牛頓第二定律有F－mg＝ma，解得a＝20m/s2，C正確；人從A點(diǎn)到B點(diǎn)過(guò)程，彈性繩的拉力大于人的重力，隨著人向上運(yùn)動(dòng)，彈性繩伸長(zhǎng)量減小，彈力F減小，由于人所受合力F合＝F－mg，可知人所受合力減小，根據(jù)牛頓第二定律，加速度減小，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)彈性繩的彈力與重力大小相等，合力為零，D錯(cuò)誤。4．(2023·山東臨沂高一期末)如圖所示，斜面體的質(zhì)量為M始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)質(zhì)量為m的物體沿斜面滑動(dòng)時(shí)有(B)A．勻速下滑時(shí)，M對(duì)地面壓力小于(M＋m)gB．加速下滑時(shí)，M對(duì)地面壓力小于(M＋m)gC．減速下滑時(shí)，M對(duì)地面壓力小于(M＋m)gD．M對(duì)地面壓力始終等于(M＋m)g解析：對(duì)m與M整體進(jìn)行受力分析，在豎直方向上受重力(M＋m)g和地面對(duì)斜面體的支持力FN，令m的加速度為a1，M的加速度a2＝0，在豎直方向兩物體的加速的分量分別為a1y和a2y，規(guī)定豎直向下為正方向，由牛頓第二定律有Fy＝(M＋m)g－FN＝ma1y＋Ma2y，因a2＝0，故FN＝(M＋m)g－ma1y。物體m沿斜面勻速滑動(dòng)時(shí)，有a1＝0，則FN＝(M＋m)g，A錯(cuò)誤；物體m沿斜面加速下滑時(shí)，a1沿斜面向下，則a1y>0，F(xiàn)N＜(M＋m)g，B正確；物體m沿斜面減速下滑時(shí)，a1沿斜面向上，則a1y<0，則FN>(m＋M)g，C錯(cuò)誤；由以上分析，M對(duì)地面壓力可能大于(M＋m)g，可能等于(M＋m)g，也有可能小于(M＋m)g，D錯(cuò)誤。5．(多選)(2023·山東濰坊高一統(tǒng)考期末)為觀察升降裝置的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，小李同學(xué)將輕彈簧上端固定在升降裝置頂端，彈簧旁邊附有標(biāo)尺，在彈簧下端懸掛小物體P，升降裝置靜止時(shí)指針指向標(biāo)尺d處。當(dāng)升降裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列判斷正確的是(BC)A．若指針指在b刻度處，彈簧彈力不可能為0B．若指針指在c刻度處，升降裝置處于失重狀態(tài)C．若指針指在e刻度處，升降裝置可能正在下降D．指針指在f刻度處時(shí)的加速度大于指針指在a刻度處時(shí)的加速度解析：根據(jù)題意當(dāng)升降裝置靜止時(shí)指針指向標(biāo)尺d處，說(shuō)明此時(shí)彈簧的彈力等于物體的重力；當(dāng)指針指在c刻度處時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量減小，拉力減小，受力分析可得此時(shí)物塊的合力向下，加速度向下，物體隨升降裝置處于失重狀態(tài)；若指針指在b刻度處時(shí)，處于完全失重狀態(tài)時(shí)，此時(shí)彈簧彈力為零，A錯(cuò)誤，B正確；同理可知當(dāng)指針指在e刻度處時(shí)，此時(shí)彈簧拉力大于物塊重力，物塊加速度向上，此時(shí)升降裝置可能加速上升也可能減速下降，C正確；設(shè)彈簧原長(zhǎng)為L(zhǎng)0，根據(jù)前面分析可得指針指在f刻度和a刻度處時(shí)的加速度大小分別為af＝eq\f(kLf－Ld,m)，aa＝eq\f(kLd－La,m)，根據(jù)題中刻度關(guān)系可得Lf－Ld＝fd<Ld－La＝da，可得af<aa，D錯(cuò)誤。二、非選擇題6．某同學(xué)用一手機(jī)傳感器軟件探究電梯上升過(guò)程中的超失重現(xiàn)象(如圖甲所示)，該軟件可以實(shí)時(shí)測(cè)量手機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度。現(xiàn)該同學(xué)攜帶該手機(jī)進(jìn)入電梯，先運(yùn)行手機(jī)加速度傳感器軟件采集數(shù)據(jù)，之后按下按鈕電梯上升，傳感器上顯示電梯上升過(guò)程中，加速度a隨時(shí)間t變化的情況如圖乙所示，重力加速度g＝10m/s2。(1)若該同學(xué)的體重為50kg，求上升階段他對(duì)電梯的最大壓力為多少；(2)根據(jù)圖乙中數(shù)據(jù)，試估算電梯一共上升的距離為多少。答案：(1)515N(2)10.8m解析：(1)由圖乙可知10～12s時(shí)間內(nèi)該同學(xué)處于超重狀態(tài)，對(duì)電梯的壓力最大，對(duì)其進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律有FN－