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4.6 超重和失重 分层作业
一、基础巩固
1.下列关于超重和失重的说法中正确的是 (　　)
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是向下运动的
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
2.(多选)质量为m的人站在升降机里的体重计上,下列说法正确的是(　　)。
A.体重计示数大于m时,升降机速度可能为零
B.体重计示数等于m时,升降机速度一定为零
C.体重计示数等于m时,升降机速度可能不为零
D.体重计示数小于m时,升降机的速度不可能为零
3.“神舟十七号”载人飞船发射任务取得圆满成功,并与空间站成功对接。如图所示,火箭正在竖直方向加速上升,下列说法正确的是(　　)
A.火箭在竖直方向加速上升的过程中,航天员处于超重状态
B.若火箭竖直上升的加速度逐渐减小,则喷出的热气流对火箭的作用力小于火箭的重力
C.若火箭竖直上升的加速度逐渐减小,则航天员对座椅的压力小于自身重力
D.空间站绕地球运行时,航天员处于完全失重状态,航天员的重力消失了
4.关于超重与失重的说法正确的是(　　)
A．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
B．在超重现象中，物体的重力是增大的
C．处于完全失重状态的物体，其重力一定为零
D．如果物体处于失重状态，它必然有竖直向下的加速度
二、综合应用
5.有一个同学站在力学传感器上完成下蹲动作,力学传感器示数随时间变化如图所示。则(　　)。
A.这位同学的重力约为700 N
B.这位同学的重力约为290 N
C.这位同学的重力约为500 N
D.无法估计该同学受到的重力大小
6.(多选)几位同学为了探究电梯启动和制动时的运动状态变化情况，他们将体重计放在电梯中，一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从1层直接到10层，之后又从10层直接回到1层。用照相机进行了相关记录，如图所示。图1为电梯静止时体重计的照片，图2、图3、图4和图5分别为电梯运动过程中体重计的照片。根据照片推断正确的是(　　)
A．根据图2推断电梯一定处于加速上升过程，电梯内同学可能处于超重状态
B．根据图3推断电梯一定处于减速下降过程，电梯内同学可能处于失重状态
C．根据图4推断电梯可能处于减速上升过程，电梯内同学一定处于失重状态
D．根据图5推断电梯可能处于减速下降过程，电梯内同学一定处于超重状态
7.(多选)某同学在地面上用体重计称得体重为490 N。他将体重计移至电梯内称其体重,t0~t3时间段内,体重计的示数如图所示,取向上运动的方向为正方向,则电梯运行的v-t图像可能是下图中的(　　)
8.潍坊市政府广场两座百米多高的观光塔如图1所示。游客乘坐观光电梯1 min 就可以从1层到达观光平台。若质量m=60 kg 的人站在电梯平台上,在t=0 时由静止开始上升,运动的a-t 图像如图2所示,g=10 m/s2 。求该过程中:
(1)电梯运行的最大速度。
(2)人对电梯的最小压力。
三、迁移探究
9.一质量为m=40 kg的小孩站在电梯内的体重计上。电梯从0时刻由静止开始下降,在0~6 s内体重计示数F的变化如图所示。重力加速度g取10 m/s2。求这段时间内电梯下降的高度。
10.某游乐场内,有一种能使人体验超重、失重感觉的大型娱乐设施,该设施用电梯将乘坐有十多人的座舱悬停在几十米的高空处,然后让座舱从高空自由落下(此时座舱受到的阻力极小,可忽略),当下落至一定位置时,良好的制动系统开始工作,使座舱落至地面时刚好停止。假设座舱开始下落时的高度为80 m,当下落至距地面30 m时,系统开始对座舱进行制动,并认为座舱的制动过程是匀减速运动。(重力加速度g取10 m/s2)
(1)当座舱从开始下落至下落到距地面60 m时,质量为60 kg的人对座舱的压力为多少 试说明理由。
(2)当座舱下落到距离地面10 m位置时,人对座舱的压力与人所受到的重力之比是多少
参考答案与解析
1.D　解析:物体匀速向上运动时,既不处于超重状态也不处于失重状态,A项错误。处于完全失重状态的物体不一定是向下运动的,例如做竖直上抛运动的物体在上升过程中处于完全失重状态,B项错误。超重并非物体所受的重力增大了,而是弹力(视重)比重力大;失重也并非物体所受的重力减小了,而是弹力(视重)比重力小,C项错误。物体做自由落体运动时,加速度等于重力加速度,方向向下,物体处于完全失重状态,D项正确。
2.【答案】AC
【解析】升降机从静止开始加速上升瞬间,速度为零,体重计的示数大于m,A项正确;升降机静止或匀速运动时,体重计的示数都为m,B项错误,C项正确;升降机减速上升最后停止的瞬间,速度为零,体重计示数小于m,D项错误。
3.A　火箭加速上升的过程中,航天员处于超重状态,A正确;若火箭竖直上升的加速度逐渐减小,但加速度方向仍竖直向上,火箭喷出的热气流对火箭的作用力大于火箭的重力,航天员对座椅的压力大于自身重力,B、C错误;空间站绕地球运行时,航天员处于完全失重状态,但航天员仍受重力,D错误。
4.选D　运动员处于静止状态，合力为零，既不失重，也不超重，故A错误；不管是超重还是失重，物体的重力是不变的，故B、C错误；失重是指弹力小于重力、合力竖直向下的情形，即加速度方向向下，故D正确。
5.【答案】C
【解析】当该同学没有加速度时,传感器示数大小等于他的重力大小,C项正确。
6.选CD　图2和图5中体重计示数大于图1中体重示数，说明电梯内同学处于超重状态，可能是加速上升或减速下降过程。图3和图4中体重计示数小于图1中体重示数，说明电梯内同学处于失重状态，可能是减速上升或加速下降过程。故C、D正确。
7.AC　由图像可知,人先超重,再平衡,最后失重,则电梯的加速度先向上,再为0,最后向下;若电梯向上运动的方向为正,则电梯可能先匀加速向上,再匀速向上,最后匀减速向上;或者电梯可能先匀减速向下,再匀速向下或静止,最后匀加速向下;故A、C正确。
8.【答案】(1)2.5 m/s　(2)570 N
【解析】(1)由a-t图像可知,电梯先做匀加速运动,再做匀速运动,然后做匀减速运动;在5 s末时的速度最大,最大速度vm=at=0.5×5 m/s=2.5 m/s
(2)电梯减速上升时,人对电梯压力最小,由mg-FN=ma'
解得FN=mg-ma'=60×10 N-60×0.5 N=570 N 。
9.解析 由题图可知,在第一段时间t1=1 s内,电梯向下匀加速运动,有
mg-F1=ma1
解得a1=2 m/s2
电梯下降的高度h1=a1=1 m
在第二段时间t2=3 s内,电梯向下匀速运动,
速度为v=a1t1=2 m/s
下降高度h2=vt2=6 m
在第三段时间t3=2 s内,电梯向下匀减速运动,
F2-mg=ma2
解得a2=1 m/s2
下降高度h3=vt3-a2=2 m
所以,在整个过程中,电梯下降的总高度为
h=h1+h2+h3=9 m。
答案 9 m
10.解:设座舱距地面30 m时的速度为v,h1=50 m,h2=30 m
(1)自由下落过程中,人和座舱只受重力,此时a=g
由牛顿第二定律得mg-FN1=ma,则FN1=0,人处于完全失重的状态。
(2)自由下落的阶段,由运动学公式得v2=2gh1
制动减速阶段,由运动学公式得v2=2ah2
由牛顿第二定律得FN2-mg=ma
解得a=g
FN2=mg
由牛顿第三定律知,人对座舱的压力FN2'=FN2
则=。

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