1、5.5超重与失重(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！)一、选择题1在太空站的完全失重环境中，下列仪器中不能使用的有()A天平B弹簧测力计C水银温度计 D水银气压计【解析】弹簧测力计在完全失重的物理环境中，虽然不能用来测量物体的重力，但测其他的力(如拉力)还是可以用：水银温度计是利用热胀冷缩的原理制成的，因此也可以用天平是利用力矩平衡原理，在完全失重的状态下，放在天平内的砝码和物体都不会对天平托盘产生压力，即不论天平左右托盘中分别放质量为多少千克的物体和砝码，天平都能平衡，故失效，所以在完全失重的环境中，天平不能用水银气压计是利用力的平衡原理，而此时水银的重力不产生压力，即不论气体压强
2、为多少，都能使管中充满水银，故失效，也不能用【答案】AD2如右图是我国“美男子”长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是()A火箭加速上升时，宇航员处于失重状态 B飞船加速下落时，宇航员处于失重状态C飞船落地前减速，宇航员对座椅的压力大于其重力D火箭上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力小于其重力【解析】凡是加速度方向向上的即为超重，压力大于重力，ACD项所述为超重状态；加速度方向向下的为失重，压力小于重力，B项所述为失重状态【答案】BC3在托盘的盘内固定一个倾角为30的光滑斜面，现将一个重4 N的物体放在斜面上让其自
3、由下滑，如右图所示，那么磅秤示数比不放物体时增加()A2 N B4 NC3 N D5 N【解析】当一个力不好求时，可根据牛顿第三定律，求它的反作用力物体自由下滑时，agsin 5 m/s2，所以ayasin 2.5 m/s2，所以mgNmay，所以N3 N由牛顿第三定律得：NN3 N.【答案】C4.某人在地面上用弹簧测力计称得其体重为490 N他将弹簧测力计移至电梯内称其体重，t0至t3时间段内，弹簧测力计的示数如右图所示，电梯运行的v-t图可能是(取电梯向上运动的方向为正)()【解析】由G-t图象知：t0-t1时间内，具有向下的加速度，t1t2时间内匀速或静止，t2t3时间内，具有向上的加速
4、度，因此其运动情况可能是：t0t3时间内，故A、D正确【答案】AD5.木箱内装一球，木箱的内宽恰与球的直径相等，如右图所示，当木箱以初速v0竖直上抛时，上升过程中()A空气阻力不汁，则球对下壁b有压力B空气阻力不计，则球对上壁a无压力C有空气阻力，则球对上壁a有压力D有空气阻力，则球对下壁b有压力【解析】若不计空气阻力，抛出去物体的加速度ag，处于完全失重状态，球与箱壁间无作用力，若有空气阻力，上升过程中，加速度ag，则球与上壁a有相互作用力【答案】BC6如下图所示，浸在水中的木球密度小于水的密度，且固定在轻弹簧的一端，弹簧的另一端固定在容器底部，当整个系统自由下落时，弹簧将()A变长 B不变
5、C恢复原长 D条件不足，无法判断【解析】开始时由于浮力大于木球的重力，故弹簧伸长当系统自由下落时，处于完全失重状态，水对木球的浮力消失，故弹簧要恢复原状，C正确【答案】C7.一条不可伸长的轻绳跨过质量可忽略不计的定滑轮，绳的一端系一质量是m1=15 kg的重物，重物静止于地面上有一质量m2=10 kg的猴子，从绳子另一端沿绳向上爬，如右图所示不计滑轮摩擦，取g=10 m/s2，在重物不离开地面的条件下，猴子向上爬的最大加速度为()A25 m/s2 B5 m/s2C10 m/s2 D15 m/s2【解析】根据题意可知，轻绳中的最大拉力为Fm1g，根据牛顿第二定律有Fm2gm2amax，解得猴子向
6、上爬的最大加速度为5 m/s2.【答案】B二、非选择题8某人在a2 m/s2匀加速下降的升降机中最多能举起m175 kg 的物体，则此人在地面上最多可举起多大质量的物体？若此人在一匀加速上升的升降机中最多能举起m250 kg的物体，则此升降机上升的加速度为多大？(g10 m/s2)【解析】设此人在地面上的最大“举力”是F，那么他在以不同的加速度运动的升降机中最大“举力”仍为F，以物体为研究对象进行受力分析，物体的受力示意图如右图所示，且物体运动的加速度和升降机相同当升降机以加速度a1=2 m/s2匀加速下降时，对物体有：m1g-F=m1a1，F=m1(g-a1)，得F=75(10-2) N=6
7、00 N.设人在地面上最多可举起质量为m0的物体，则F=m0g，m0= kg=60 kg.当升降机以a2匀加速上升时，对物体有：F-m2g=m2a2，a2=-g= m/s2=2 m/s2所以升降机匀速上升的加速度为2 m/s2.【答案】60 kg2 m/s29.一个质量是50 kg的人，站在竖直向上运动着的升降机的地板上，他看到升降机顶板上悬吊的弹簧测力计的示数是40 N，而所挂重物的质量为10 kg，如右图所示，则这时人对升降机地板的压力为多大？(g取10 m/s2)【解析】以重物为研究对象，受重力mg(竖直向下)和弹簧测力计的拉力F(竖直向上)由牛顿第三定律，拉力F的大小等于弹簧测力计的示
8、数40 N，而物体重力Gmg1010 N100 N，大于F，处于失重状态，因此可推知升降机的加速度a的方向向下， 即升降机减速上升，由牛顿第二定律F合ma得：a m/s26 m/s2再以人为研究对象，人受到重力和升降机地板的支持力的作用(分别用Mg和N来表示)，由牛顿第二定律有：MgNMa.所以NMgMa(5010506) N200 N.由牛顿第三定律可知，人对升降机地板的压力与升降机地板对人的支持力N等大、反向，故N方向向下，大小为NN200 N.【答案】200 N10.如右图所示，一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重，一个可乘十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，
9、然后让座舱自由落下落到一定位置时，制动系统启动，到地面时刚好停下已知座舱开始下落时的高度为76 m，当落到离地面28 m的位置时开始制动，座舱均匀减速若座舱中某人手托着重50 N的铅球，当座舱落到离地面50 m的位置时，手的感觉如何？当座舱落到地面15 m的位置时，手要用多大的力才能托住铅球？【解析】由题知座舱距地面50 m高时，升降机做自由落体运动，人手与手中的铅球均处于完全失重状态，故球对手无作用力，人手无压力的感觉又因座舱做匀减速运动时的加速度为：a m/s216.8 m/s2，方向竖直向上设手对铅球的作用力为F，由牛顿第二定律得：Fmgma，故Fmgma2.7mg135 N.【答案】人
10、手没有压力的感觉手托铅球的力F135 N11.在2008年北京残奥会开幕式上，运动员手拉绳索向上攀登，最终点燃了主火炬，体现了残疾运动员坚韧不拔的意志和自强不息的精神为了探求上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用，可将过程简化一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮，一端挂一吊椅，另一端被坐在吊椅上的运动员拉住，如图所示设运动员的质量为65 kg，吊椅的质量为15 kg，不计定滑轮与绳子间的摩擦，重力加速度取g=10 m/s2.当运动员与吊椅一起以加速度a=1 m/s2上升时，试求(1)运动员竖直向下拉绳的力；(2)运动员对吊椅的压力【解析】解法一：(1)设运动员和吊椅的质量分别为M和m，绳拉运动员的
11、力为F.以运动员和吊椅整体为研究对象，受到重力的大小为(M+m)g，向上的拉力为2F，根据牛顿第二定律2F-(M+m)g=(M+m)aF=440 N根据牛顿第三定律，运动员拉绳的力大小为440 N，方向竖直向下(2)以运动员为研究对象，运动员受到三个力的作用，重力大小Mg，绳的拉力F，吊椅对运动员的支持力N.根据牛顿第二定律F+N-Mg=MaN=75 N根据牛顿第三定律，运动员对吊椅压力大小为275 N，方向竖直向下解法二：设运动员和吊椅的质量分别为M和m；运动员竖直向下的拉力大小为F，对吊椅的压力大小为N.根据牛顿第三定律，绳对运动员的拉力大小为F，吊椅对运动员的支持力大小为N.分别以运动员
12、和吊椅为研究对象，根据牛顿第二定律F+N-Mg=MaFNmgma由得F440 NN275 N【答案】(1)440 N(2)275 N12如图甲所示为学校操场上一质量不计的竖直滑竿，滑竿上端固定，下端悬空为了研究学生沿竿的下滑情况，在竿顶部装有一拉力传感器，可显示竿顶端所受拉力的大小现有一学生(可视为质点)从上端由静止开始滑下，5 s末滑到竿底时速度恰好为零，以学生开始下滑时刻为计时起点，传感器显示的拉力随时间变化情况如图乙所示，g取10 m/s2.求：(1)该学生下滑过程中的最大速率；(2)滑竿的长乙【解析】(1)根据图象可知01 s内，人向下做匀加速运动，人对滑竿的作用力为380 N，方向竖
13、直向下，所以滑竿对人的作用力F1的大小为380 N，方向竖直向上以人为研究对象，根据牛顿第二定律有：mgF1ma1.5 s后静止，mG/g500/10 kg50 kg.1 s末人的速度为：v1a1t1.根据图象可知1 s末到5 s末，人做匀减速运动，5 s末速度为零，所以人在1 s未速度达到最大值，由式代入数值解得：v12.4 m/s.所以最大速度vm2.4 m/s(2)滑竿的长度等于人在滑竿加速运动和减速运动通过的位移之和加速运动的位移s1t11 m1.2 m.减速运动的位移s2t24 m4.8 m.滑竿的总长度Ls1s21.2 m4.8 m6.0 m.【答案】(1)2.4 m/s(2)6.0 m
