2021学年高中物理同步重难讲练之牛顿运动定律专题06牛顿运动定律的应用之超重与失重问题学案新人教版必修1

.PAGE下载后可自行编辑修改，页脚下载后可删除。专题06牛顿运动定律的应用之超重与失重问题重难讲练1．实重与视重(1)实重：物体实际所受重力．物体所受重力不会因为物体运动状态的改变而变化．(2)视重：用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时，弹簧测力计或台秤的示数叫做物体的视重．当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时，视重等于实重；当存在竖直方向的加速度时，视重不再等于实重．2．产生超重的原因当物体具有竖直向上的加速度a时，支持物对物体的支持力(或悬绳的拉力)为F.由牛顿第二定律可得：F－mg＝ma.所以F＝m(g＋a)>mg.由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)F′>mg.3．超重的动力学特点超重eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(向上加速运动,向下减速运动))加速度方向向上(或有向上的分量)．4．对失重现象的理解(1)从力的角度看：失重时物体受到竖直悬绳(或测力计)的拉力或水平支撑面(或台秤)的支持力小于重力，好似重力变小了，正是由于这样，把这种现象定义为“失重〞．(2)从加速度的角度看：根据牛顿第二定律，处于失重状态的物体的加速度方向向下(a≤g，如图)，这是物体失重的条件，也是判断物体失重与否的依据．(3)从速度的角度看：只要加速度向下物体就处于失重状态，其速度可以向上也可以向下．常见的失重状态有两种：加速向下或减速向上运动．5．对完全失重的理解：物体处于完全失重状态(a＝g)时，重力全部产生加速度，不再产生压力(如图)，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液柱不再产生压强等．6.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(a＝g)时，物体处于完全失重状态从速度变化的角度判断①物体向上加速或向下减速时，超重②物体向下加速或向上减速时，失重【典例1】伦敦奥运会开幕式的弹跳高跷表演中，一名质量为m的演员穿着这种高跷从距地面H高处由静止落下，与水平地面撞击后反弹上升到距地面高h处。假设弹跳高跷对演员的作用力类似于弹簧的弹力，演员和弹跳高跷始终在竖直方向运动，不考虑空气阻力的影响，那么该演员(　　)【】　C选项D错误。【典例2】一个质量50kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量mA＝5kg的物体A，当升降机向上运动时，人看到弹簧测力计的示数为40N，如下图，g取10m/s2，求此时人对地板的压力．【答案】　400N，方向向下【解析】　依题意可知，弹簧测力计读数为40N，而物体A的重力G＝mAg＝50N，显然弹簧测力计的读数小于物体的重力，即视重小于实重，物体A处于失重状态．由于人和A以及升降机三者具有一样的加速度，因此人也处于失重状态．以A为研究对象，受力如图甲所示．由牛顿第二定律得mAg－T＝mAa　　　甲　　　　　　　　乙所以a＝eq\f(mAg－T,mA)＝eq\f(5×10－40,5)m/s2＝2m/s2，方向向下，人的受力如图乙所示．由牛顿第三定律可得，人对地板的压力为400N，方向向下．【典例3】〔2021届宁夏银川一中高三第二次月考〕假设货物随升降机运动的v­t图象如下图(竖直向上为正)，那么货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图象可能是()A．B．C．D．【答案】B【解析】根据速度时间图线可知，货物先向下做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得，mg-F=ma，解得F=mg-ma＜mg，然后做匀速直线运动，F=mg，然后向下做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律得，F-mg=ma，解得F=mg+ma＞mg，然后向上做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得，F-mg=ma，解得F=mg+ma＞mg，然后做匀速直线运动，F=mg，最后向上做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律得，mg-F=ma，解得F=mg-ma＜mg．故B正确，ACD错误。应选B.【跟踪训练】1.以下说法中正确的选项是(　　)A．只有正在向上运动的物体，才有可能处于超重状态B．超重就是物体所受的重力增大C．物体处于超重状态时，地球对它的引力变大D．超重时物体所受的重力不变【答案】　D【解析】　只要物体加速度方向向上，物体就处于超重状态，物体也可能向下做减速运动，故A错误．超重时物体的重力不变，地球对物体的吸引力也不变，故B、C错误，D正确．2.某人在地面上最多可举起50kg的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60kg的物体时，电梯加速度的大小和方向为(g＝10m/s2)(　　)A.2m/s2　竖直向上B.eq\f(5,3)m/s2　竖直向上C.2m/s2　竖直向下D.eq\f(5,3)m/s2　竖直向下【答案】　D3.(多项选择)在升降机内，一人站在磅秤上，发现自己的体重减轻了20%，那么以下判断可能正确的选项是(g取10m/s2)(　　)A．升降机以8m/s2的加速度加速上升B．升降机以2m/s2的加速度加速下降C．升降机以2m/s2的加速度减速上升D．升降机以8m/s2的加速度减速下降【答案】　BC【解析】　人发现体重减轻，说明人处于失重状态，加速度向下，由mg－N＝ma，N＝80%mg，故a＝0.2g＝2m/s2，方向向下．升降机可能加速下降，也可能减速上升，故B、C正确．4.如下图，A、B两物体叠放在一起，以一样的初速度上抛(不计空气阻力)．以下说法正确的选项是(　　)A．在上升和下降过程中A对B的压力一定为零B．上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力C．下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力D．在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力【答案】　A【解析】　以A、B作为整体，上升过程只受重力作用，所以系统的加速度为g，方向竖直向下，故系统处于完全失重状态，A、B之间无弹力作用，A正确，B错误．下降过程，A、B仍是处于完全失重状态，A、B之间也无弹力作用，C、D错误．5．“蹦极〞是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空p点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止悬吊时的位置，人在从p点下落到最低点c点的过程中，以下说法错误的选项是〔〕A．在pa段做自由落体运动，处于完全失重状态B．在ab段绳的拉力小于人的重力，处于失重状态C．在bc段绳的拉力大于人的重力，处于超重状态D．在c点，速度为零，处于平衡状态【答案】D小于人的重力，故合力是向下的，加速度是向下的，故在ab段绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态，所以B正确；C项：因为b是人静止地悬吊着时的平衡位置，故此点弹性绳的弹力等于物体的重力，故在此点之后，弹力大于人的重力，故合力是向上的，加速度是向上的，故在ab段绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态，所以C正确；D项：c是人所到达的最低点，故速度为零．但是c点的弹力最大，故物体向上的加速度到达最大，所以D错误，符合题意。故应选D。6．一兴趣小组做了一次实验，实验时让某同学从桌子上跳下，自由下落H后双脚触地，他顺势弯曲双腿，他的重心又下降了h后停住，利用传感器和计算机显示该同学受到地面的支持力F随时间变化的图象如下图。根据图象提供的信息，以下判断正确的选项是(　　)A．在0至t2时间内该同学处于失重状态B．t2时刻该同学的加速度为零C．t3时刻该同学的速度到达最大D．在t3至t4时间内该同学处于超重状态【答案】ABD【解析】在0到t2时间内，支持力的大小小于重力，加速度方向向下，所以该同学处于失重状态，A正确；在t2时刻，支持力的大小等于重力，加速度为0，速度到达最大，B正确，C错误；在t3到t4时间内，支持力的大小大于重力，加速度方向向上，所以该同学处于超重状态，D正确；应选项ABD.7.在升降的电梯内的水平地面上放一体重计，电梯静止时，吴力同学站在体重计上，体重计的示数为60kg，电梯运动时，某一段时间吴力同学发现体重计的示数为72kg，在这段时间内以下说法正确的选项是(　　)eq\f(1,5)g，方向一定竖直向上【答案】　C加速度向上，电梯可能加速上升，也可能减速下降，选项D错误。8.质量是60kg的人站在升降机中的体重计上，如下图，当升降机做以下各种运动时，体重计的读数是多少？(g取10m/s2)(1)升降机匀速上升；(2)升降机以4m/s2的加速度匀加速上升；【答案】　(1)600N　(2)840N【解析】　以人为研究对象受力分析如下图：(1)匀速上升时a＝0，所以N－mg＝0N＝mg＝600N.据牛顿第三定律知N′＝N＝600N.据牛顿第三定律知：N′＝N＝840N.模拟提升1．〔2021届甘肃省酒泉市敦煌中学高三二诊〕以下关于超重、失重现象的说法正确的选项是〔　　〕A．汽车驶过拱形桥顶端时处于失重状态，此时质量没变，重力减小了B．荡秋千的小孩通过最低点时处于失重状态，此时拉力小于重力C．宇航员在飞船内处于完全失重状态，而正在进展太空行走的宇航员在飞船外那么处于平衡状态D．电梯加速上升时，电梯中的人处于超重状态，受到的支持力大于重力【答案】D【解析】A、汽车驶过拱形桥顶端时有竖直向下的加速度，处于失重状态，此时质量没变，重力不变，故A错误；B、荡秋千时秋千摆到最低位置时，加速度方向向上，故人处于超重状态，故B错误；C、无论宇航员在舱内或是在舱外，都随着飞船一起做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，所以不是处于平衡状态，故C错误；D、电梯加速上升时，加速度向上，处在电梯中的人处于超重状态，受到的支持力大于重力，故D正确；应选D。2．〔2021届北京市中国人民大学附属中学高三上10月月考〕如图所示，某同学站在体重计上观察超重与失重现象。由稳定的站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲〞过程；由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立〞过程。她稳定站立时，体重计的示数为A0，关于实验现象，以下说法正确的选项是A．“起立〞过程中，体重计的示数一直大于A0B．“起立〞过程中，先出现失重现象后出现超重现象C．“起立〞、“下蹲〞过程，都能出现体重计的示数大于A0的现象D．“起立〞、“下蹲〞过程，都能出现体重计的示数小于A0的现象【答案】CD出现体重计的示数小于A0的现象；故CD正确，AB错误。应选CD。3．〔2021届河北省忠德学校衡水教学部高三上第一次月考〕图中A为磁铁，C为胶木秤盘，A和C(包括支架)的总质量为，为铁片，质量为，整个装置用轻绳悬挂于O点.当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力的大小为〔〕A．B．C．D．【答案】D【解析】当电磁铁通电前，绳的拉力应为，当电磁铁通电后，铁片被吸引上升，铁片被吸引，大小相等、方向相反，且作用在两个不同的物体上，所以，绳的拉力大于〔M+m〕g．所以选项D正确，ABC错误。4．〔2021届云南省师范大学附属中学高三上第二次月考〕实验小组利用DS系统,观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验,某次实验得到电梯内一物体的v-t图象如下图,取竖直向上为正方向,以下说法错误的选项是A．物体在前38内的位移约为B．在0≤t<3s这段时间内,电梯内的物体处于超重状态C．在3s≤t≤8s这段时间内,电梯内物体的速度和加速度都在减小D．在3s检测

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