资源简介

6.超重和失重
A组 教材夯基础
1.(人教版教材课后习题改编)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。空气阻力不计,下列说法正确的是(　　)
A.座舱自由下落的过程中人处于完全失重状态,人不受重力作用
B.座舱自由下落的过程中人处于超重状态,人受到的重力变大
C.座舱减速下落的过程中人处于超重状态,人受到的支持力大于重力
D.座舱下落的整个过程中人处于失重状态,人受到的支持力小于重力
2.(沪科技版教材课后习题改编)在飞行中的大型客机内进行失重训练的中国航天员正处于接近完全失重的状态,此时客机的运动状态可能是(　　)
A.做自由落体运动
B.沿竖直方向向上做匀加速直线运动
C.沿水平方向做匀加速直线运动
D.沿水平方向做匀减速直线运动
3.(人教版教材课后习题改编)如图所示,一个盛水的容器底部有一小孔,静止时用手指堵住小孔不让它漏水。假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动,且忽略空气阻力,则下列说法正确的是(　　)
A.容器自由下落时,小孔向下漏水
B.将容器竖直向上抛出,容器向上运动时,小孔向下漏水;容器向下运动时,小孔不向下漏水
C.将容器水平抛出,容器在运动中小孔向下漏水
D.将容器斜向上抛出,容器在运动中小孔不向下漏水
4.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。(　　)
5.在水平面上做匀速直线运动的火车中,可以用弹簧测力计测量物体的重力大小。(　　)
6.物体处于超重状态时重力增大了。(　　)
7.物体处于失重状态时重力减小了。(　　)
8.物体处于超重或失重状态时,物体的重力始终存在,大小也没有变化。(　　)
9.做自由落体运动的物体处于完全失重状态。(　　)
B组　单一知识点限时20分钟答案P51
知识点1　理解超重、失重现象
10.(2025辽宁期末)2025年哈尔滨亚洲冬季运动会于2月7日到2月14日举行。自由式滑雪空中技巧双人同步项目是亚冬会的新增项目,如图所示为运动员在某次训练赛过程中的精彩瞬间,下列说法正确的是(　　)
A.技术裁判可以把在空中下落的运动员看作质点
B.运动员下落过程中他感觉地面在上升
C.运动员在下落过程中处于超重状态
D.下落过程中运动员速度增大,惯性也增大
11.(2025黑龙江大庆期末)2024年巴黎奥运会跳水女子双人十米跳台决赛中,中国选手全红婵、陈芋汐夺得冠军。下列说法正确的是(　　)
A.在跳台上,全红婵受到的重力就是她对跳台的压力
B.陈芋汐跳水过程中,她的重心位置一定不会发生改变
C.离开跳台后,陈芋汐上升到最高点时处于完全失重状态,不受重力
D.跳台对全红婵的支持力是由跳台的形变产生的
12.(2024山东日照期末)如图所示,静止在水平地面上的重锤,上端系一橡皮筋,初始状态橡皮筋恰好伸直且处于原长状态,手抓着橡皮筋的上端迅速从A点上升至B点后,手在B点保持静止,重锤离开地面并上升一定高度。不计空气阻力,下列说法正确的是(　　)
A.重锤离开地面前,对地面的压力逐渐减小,处于失重状态
B.重锤在加速上升的过程中处于超重状态
C.重锤的速度最大时,处于完全失重状态
D.重锤上升至最高点时,速度为零,处于平衡状态
13.（知方法）(2024浙江衢州期末)如图是某校趣味运动会中“击鼓颠球”的场景。假设鼓身周围均匀分布有8根相同的轻绳,8位同学围成一圈各握一根轻绳,通过手中的轻绳来控制鼓的运动,使鼓能和竖直落下的网球发生碰撞。鼓面始终保持水平,不计空气阻力,则下列说法正确的是(　　)
A.网球从接触鼓面到运动至最低点,速度一直减小
B.网球从接触鼓面到运动至最低点,加速度先减小后增大
C.网球运动到最低点时,速度和加速度均为零
D.网球离开鼓面后,在空中先处于失重状态,后处于超重状态
知识点2　应用牛顿第二定律解决超重和失重问题
14.(2025江苏苏州期末)质量为150 kg的货物随竖直电梯运动的v-t图像如图所示,规定向上为正方向,g取10 m/s2,下列判断正确的是(　　)
A.0~10 s内货物处于失重状态
B.30~36 s内电梯对货物的支持力大于1 500 N
C.36~46 s内货物处于失重状态
D.0~46 s内货物的位移为34 m
15.(2024山东聊城三中期末)如图所示,某同学抱着箱子做蹲起运动研究超重和失重现象,在箱内的顶部和底部均安装有压力传感器(未画出)。两质量均为2 kg的物块用轻弹簧连接分别抵住传感器。当该同学抱着箱子静止时,顶部的压力传感器示数F1=10 N。重力加速度g取10 m/s2。不计空气阻力,则(　　)
A.箱子静止时,底部压力传感器示数F2=30 N
B.当F1=5 N时,箱子处于超重状态,人可能抱着箱子开始下蹲
C.当F1=15 N时,箱子处于失重状态,人可能抱着箱子开始向上站起
D.若箱子保持竖直从高处自由释放,运动中两个压力传感器的示数均为30 N
C组 综合知识点
16.(2025辽宁期末)(多选)某同学在竖直电梯内利用手机内置传感器测量电梯运行时的加速度,得到如图1所示的图线,经过计算机处理后将图线简化为如图2所示的a-t图像。已知该同学的质量为m=60 kg,t=0时电梯处于静止状态,规定竖直向下为正方向,取重力加速度g=10 m/s2,下列说法正确的是(　　)
A.t=8 s时电梯处于超重状态
B.t=20 s时电梯正在向下运动
C.17~20 s内该同学先处于失重状态,后处于超重状态
D.整个过程中,该同学受到支持力的最大值与最小值的差约为60 N
17.(2025甘肃期末)(多选)2024年11月4日,神舟十八号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,载人飞行任务取得圆满成功。返回舱上面的着陆反推发动机在距离地面1 m时精准点火,使返回舱向下做匀减速直线运动,从反推前的8 m/s均匀减小为着地时的2 m/s,为航天员安全返回提供了满满的“安全感”,则(　　)
A.在反推发动机工作的时间内,返回舱内的航天员处于失重状态
B.在反推发动机工作的时间内,返回舱内的航天员处于超重状态
C.反推发动机点火后返回舱的加速度大小为3 m/s2
D.反推发动机工作时间为0.2 s
18.(2024长沙一模改编)(多选)图甲所示为电梯的结构示意图,配重和轿厢质量均为M0=500 kg,A与电机(未画出)相连,缆绳质量以及其与滑轮B间的摩擦均可忽略。家住21楼的小明要爸爸送他上幼儿园,电梯下行过程经加速、匀速、减速三个阶段,最后停在一楼。已知小明质量为m1=20 kg,爸爸的质量为m2=60 kg,小明对轿厢底部的压力随时间变化的关系图像如图乙所示,重力加速度g=10 m/s2。电梯内只有小明和他爸爸两人。则下列说法正确的是(　　)
A.0~4 s内小明处于失重状态
B.小明家所在楼栋楼层的平均高度为3 m
C.加速阶段,缆绳对轿厢的拉力大小为5 800 N
D.减速阶段,缆绳对轿厢的拉力大小为6 090 N
19.(2025辽宁期末)(多选)2024年9月11日,我国自主研发的朱雀三号在酒泉卫星发射中心圆满完成十公里级垂直起降返回飞行试验,假设火箭从最高点自由下落2 s后遥控打开降落伞减速,开伞后最初一段距离内火箭速度v与开伞后下降的距离x之间满足关系式:v=(m/s),其中C为特定常数,开伞下降距离d后以5 m/s的速度匀速下降直到落地,为了简便计算,忽略在开伞前受到的空气阻力,重力加速度g取10 m/s2。则下列判断正确的是(　　)
A.常数C的值为0.5
B.开伞后下降距离d=15 m
C.开伞后火箭处于失重状态
D.从开伞到匀速过程的平均速度大小为12.5 m/s
D组 高考怎么考
20.(2024海南卷改编)(多选)神舟十七号载人飞船返回舱于2024年4月30日在东风着陆场成功着陆,在飞船返回至离地面十几公里时打开主伞,飞船快速减速,返回舱速度大大减小,在减速过程中(　　)
A.返回舱处于超重状态
B.返回舱处于失重状态
C.主伞对返回舱拉力大于返回舱的重力
D.主伞对返回舱拉力小于返回舱的重力
21.(2021北京卷)某同学使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图所示,弹簧上端固定,在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时,弹簧下端指针位于直尺20 cm刻度处;下端悬挂钢球,静止时指针位于直尺40 cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上,就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向,重力加速度大小为g。下列说法正确的是(　　)
A.30 cm刻度对应的加速度为-0.5g
B.40 cm刻度对应的加速度为g
C.50 cm刻度对应的加速度为2g
D.各刻度对应加速度的值是不均匀的
22.(2024全国甲)学生小组为了探究超重和失重现象,将弹簧测力计挂在电梯内,测力计下端挂一物体。已知当地重力加速度大小为9.8 m/s2。
(1)电梯静止时测力计示数如图所示,读数为　　　　N(结果保留1位小数);
(2)电梯上行时,一段时间内测力计的示数为4.5 N,则此段时间内物体处于　　　　(填“超重”或“失重”)状态,电梯加速度大小为　　　　m/s2(结果保留1位小数)。
6.超重和失重
教材改编题
1.C　座舱自由下落的过程中,人处于完全失重状态,人受到的支持力为0,重力不变,A、B错误;座舱减速下落的过程中加速度竖直向上,人受到的支持力大于重力,人处于超重状态,C正确,D错误。
2.A　航天员正处于接近完全失重的状态,则航天员的加速度接近自由落体加速度,由于航天员与客机有共同的运动状态,则客机可能做自由落体运动,故选A。
3.D　针对题中的几种运动,对整体分析,整体都只受重力作用,故容器中的水处于完全失重状态,对容器底部无压力,故在底部的小孔处水不会漏出。故D正确。
易错易混辨析
4. 　5.√　6. 　7. 　8.√　9.√
10.B　在比赛中,技术裁判关注运动员的技术动作,此时运动员的形状和体积不能忽略,则不能将运动员视为质点,A错误;运动员下落时若以自己为参考系,会感觉到地面在上升,B正确;下落过程中运动员加速度向下,处于失重状态,C错误;下落过程中运动员的速度增大,但惯性只与质量有关,惯性不变,D错误。
11.D　重力与压力是不同性质的力,重力不是压力,A错误;重心的位置与物体的形状和质量分布有关,陈芋汐跳水过程中,她的重心位置会发生改变,B错误;离开跳台后,陈芋汐上升到最高点时处于完全失重状态,依然受到重力,C错误;由弹力产生条件可知,跳台对全红婵的支持力是由跳台的形变产生的,D正确。
12.B　重锤离开地面前,开始时处于平衡状态,由平衡条件有mg=FN+T,橡皮筋的弹力T增大,则地面的支持力FN减小,由牛顿第三定律可知,对地面的压力逐渐减小,之后弹力继续增大,当T>mg时,重锤处于超重状态,故A错误;重锤加速上升的过程中,具有向上的加速度,则处于超重状态,故B正确;重锤的速度最大时,加速度为零,受到橡皮筋的弹力与重力等大反向,处于平衡状态,上升至最高点时,速度为零,重锤的合力不为零,具有向下的加速度,处于失重状态,故C、D错误。
13.B　网球从接触鼓面到运动至最低点过程中,鼓面对网球的弹力逐渐增大,刚开始鼓面对网球的弹力小于网球的重力,网球向下做加速度逐渐减小的加速运动,当鼓面对网球的弹力等于网球的重力时,网球速度达到最大,此后鼓面对网球的弹力大于网球的重力,网球向下做加速度逐渐增大的减速运动,故网球从接触鼓面到运动至最低点,速度先增大后减小,加速度先减小后增大,故A错误,B正确;网球运动到最低点时,速度为零,加速度不为零,故C错误;网球离开鼓面后,只受重力作用,有向下的加速度,在空中处于失重状态,故D错误。
方法技巧　判断超重和失重的方法
从受力的角度判断 当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时,物体处于超重状态;小于重力时,物体处于失重状态;等于零时,物体处于完全失重状态
从加速度的角度判断 当物体具有向上的加速度时,物体处于超重状态;具有向下的加速度时,物体处于失重状态;向下的加速度等于重力加速度时,物体处于完全失重状态
14.C　由图可知,0~10 s内货物的加速度a==0.1 m/s2,方向向上,则0~10 s内货物处于超重状态,A错误;30~36 s内货物的加速度a'==- m/s2,负号表示加速度方向向下,货物处于失重状态,电梯对货物的支持力小于1 500 N,B错误;36~46 s内货物的加速度a″==-0.12 m/s2,负号表示加速度方向向下,货物处于失重状态,C正确;v-t图像与坐标轴围成的面积表示位移,则0~46 s内货物的位移为x=×1 m-×(46-36)×1.2 m=22 m,D错误。
15.D　当箱子静止时,对两物块和弹簧组成的系统受力分析,可知2mg+F1=F2,可得底部压力传感器示数F2=50 N,对上面物块有mg+F1=F弹,可得F弹=30 N,故A错误;当F1=5 N时,对上面物块有mg+F1F弹,加速度方向向下,箱子处于失重状态,而人抱着箱子开始向上站起时加速度方向向上,故C错误;箱子自由下落时处于完全失重状态,两个物块所受合力均为mg,则应有F弹=F1=F2,弹簧长度没变,所以两个压力传感器的示数均为30 N,故D正确。
16.BD　规定竖直向下为正方向,t=8 s时加速度为正,方向竖直向下,可知电梯处于失重状态,A错误;电梯在4~9 s内加速下降,9~16 s内匀速下降,16~21 s内减速下降,并在t=21 s时减速至0,则t=20 s时电梯正在向下运动,B正确;17~20 s内加速度始终向上,该同学一直处于超重状态,C错误;加速度向上和向下时最大值都为am=0.5 m/s2,加速度方向竖直向下,数值最大时,支持力最小,根据牛顿第二定律有mg-Fmin=mam,加速度方向竖直向上,数值最大时,支持力最大,根据牛顿第二定律有mg-Fmax=-mam,则Fmax-Fmin=60 N,D正确。
17.BD　在反推发动机工作的时间内,返回舱向下做匀减速直线运动,加速度方向向上,返回舱内的航天员处于超重状态,A错误,B正确;根据运动学公式可得-2ax=v2-,解得反推发动机点火后返回舱的加速度大小为a=30 m/s2,反推发动机工作时间为t==0.2 s,C错误,D正确。
18.AD　由牛顿第三定律可知,小明对轿厢底部的压力与轿厢底部对小明的支持力大小相等。0~4 s内小明处于失重状态,电梯向下加速,有m1g-F=m1a1,可得加速阶段电梯的加速度大小为a1=0.5 m/s2,4~32 s内,小明对轿厢底部的压力等于自身重力,电梯做匀速运动,速度为v=a1t1=0.5×4 m/s=2 m/s,32~36 s内小明处于超重状态,电梯向下减速,有F'-m1g=m1a2,可得减速阶段电梯的加速度大小为a2=0.5 m/s2,可得整个过程中,电梯的位移为s=+vt'+= m+2×(32-4) m+ m=64 m,故小明家所在楼栋楼层的平均高度为h==3.2 m,故A正确,B错误;加速阶段,有(M0+m1+m2)g-T1=(M0+m1+m2)a1,可得T1=5 510 N,C错误;减速阶段,有T2-(M0+m1+m2)g=(M0+m1+m2)a2,可得T2=6 090 N,D正确。
19.AB　由v0=gt1,其中t1=2 s,解得v0=20 m/s,此时x=0,代入公式v=(m/s),解得C=0.5,A正确;把v=5 m/s代入公式v=(m/s),得d=x=15 m,B正确;由公式v=(m/s)知,随着位移的增大,速度减小,所以开伞后做减速运动,加速度方向竖直向上,则火箭处于超重状态,C错误;由公式v=(m/s)知,打开降落伞后x=100×-5(m),作出x-图像,由图像得,图像在第一象限内围成的面积表示此过程的时间,则从开伞到匀速过程的时间为t= s= s,所以从开伞到匀速过程的平均速度大小为== m/s= m/s,D错误。
20.AC　返回舱在减速过程中,加速度向上,处于超重状态,A正确,B错误;返回舱减速时加速度向上,主伞对返回舱拉力大于返回舱的重力,C正确,D错误。
21.A　审题指导　先根据平衡条件求出弹簧劲度系数k,由牛顿第二定律F=ma,根据不同弹簧长度下钢球所处的不同状态,求出对应加速度。
解题思路　弹簧原长l0=20 cm,取竖直向上为正方向,当钢球静止时指针位于直尺40 cm刻度处,钢球的重力和弹簧弹力相等,此时钢球加速度为零,B错误。根据mg=kΔl=k(l-l0),即mg=k(0.4-0.2),可以求出k=。当指针位于30 cm刻度时,钢球受到弹力和重力的作用,由牛顿第二定律得kΔl'-mg=ma,加速度a=-g=-,A正确。指针位于50 cm刻度时,由牛顿第二定律得kΔl″-mg=ma',加速度a'=-g=,C错误。a=-g=-g是关于l的一次函数,加速度与各刻度值是线性关系,刻度对应的加速度值是均匀的,D错误。
22.答案　(1)5.0　(2)失重　1.0
解题思路　(1)由图可知弹簧测力计的分度值为0.5 N,则读数为5.0 N。
(2)此段时间内测力计的拉力F=4.5 N,小于物体的重力mg=5.0 N,可知物体处于失重状态;根据牛顿第二定律有mg-F=ma,解得电梯加速度大小a≈1.0 m/s2。

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