2016届高考物理第二轮大题集练检测3.doc

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超重和失重练习
1、如图2所示，某同学在竖直上升的升降机内研究升降机的运动规律.他在升降机的水平地板上安放了一台压力传感器（能及时准确显示压力大小），压力传感器上表面水平，上面放置一个质量为1kg的木块，在t=0时刻升降机从地面由静止开始上升，在t=10s时上升了H，并且速度恰好减为零.他根据记录的压力数据绘制了压力随时间变化的关系图象，如图3所示.请你根据题中所给条件和图象信息回答下列问题.（g取10m/s2）
（1）题中所给的10s内升降机上升的高度H为多少？
（2）如果上升过程中某段时间内压力传感器显示的示数为零，那么该段时间内升降机是如何运动的？

2、一位同学的家在一座25层的高楼内，他每天乘电梯上楼，经过多次仔细观察和反复测量，他发现电梯启动后的运动速度符合如图B-3所示的规律，他根据这一特点在电梯内用台秤、重物和停表测量这座楼房的高度．他将台秤放在电梯内，将重物放在台秤的托盘上，电梯从第一层开始启动，经过不间断的运行，最后停在最高层．在整个过程中，他记录了台秤在不同时间段内的示数，记录的数据如表格所示．但由于0～3s段的时间太短，他没有来得及将台秤的示数记录下来．假设在每个时间段内台秤的示数都是稳定的，重力加速度为g.问：

（1）电梯在0～3.0s时间段内台秤的示数应该是多少；
（2）根据测量的数据，计算该座楼房每一层的平均高度．

3、如图5所示，台秤上有一装水容器，底部用一质量不计的细线系住一个空心小球，体积为1.2×10-3m3，质量为1kg，这时台秤的读数为40N，剪断细线后，在小球上升的过程中，台秤的读数是多少？（ρ=1×103kg/m3）

4、据报载，我国航天第一人杨利伟的质量为63kg（装备质量不计），假如飞船以8.6m/s2的加速度竖直上升，这时他对坐椅的压力多大？杨利伟训练时承受的压力可达8个G，这表示什么意思？当飞船返回地面，减速下降时，请你判断一下杨利伟应该有什么样的感觉.（g取10m/s2）
5、在一种体验强烈失重、超重感觉的娱乐设施中，用电梯把乘有十多人的座舱，送到76m高的地方，让座舱自由落下，当落到离地面28m时制动系统开始启动，座舱匀减速运动到地面时刚好停止.若某人手中托着质量为5kg的铅球进行这个游戏，g取9.8m/s2，求：
（1）当座舱落到离地面高度为40m的位置时，铅球对手的作用力；
（2）当座舱落到离地面高度为15m的位置时，手要用多大的力才能托住铅球.

6、对超重的耐受能力，是“神舟六号”载人航天飞船飞行过程中需要考虑的一个重要因素之一.为了使飞船顺利升空，飞船需要一个加速过程.人们把飞船加速时宇航员对座椅的压力与其静止在地球表面时所受重力的比值，称为耐受力值，用k表示.在选拔宇航员时，要求他在此状态下的耐受力值为4≤k≤12.宇航员费俊龙、聂海胜的耐受力值为10.
（1）试求飞船发射时的加速度值的变化范围.
（2）当飞船沿竖直方向加速升空时，宇航员需要承受巨大的压力.求在费俊龙、聂海胜他们能够承受最大压力的情况下，飞船的加速度的最大值是多少.

7、杂技演员在进行“顶杆”表演时，用的是一根质量可忽略不计的长竹杆，质量为30Kg的演员自杆顶由静止开始下滑，滑到杆底时速度正好为零，已知竹杆底部与下面顶杆人肩部之间有一传感器，传感器显示顶杆人肩部的受力情况如图所示，取g=10m/s2，求：
（1） ０－１s、１s-3s演员分别做什么运动？
（2） 杆上的人下滑过程中的最大速度？
（3） 竹杆的长度？

8、为了测量某住宅大楼每层的平均高度（层高）及电梯运行情况，甲、乙两位同学在一楼电梯内用电子体重计及秒表进行了以下实验，一质量为m=50kg的甲同学站在体重计上，乙同学记录电梯从地面一楼到顶层全过程中，体重计示数随时间变化的情况，并作出了如图所示的图像，已知t=0时，电梯静止不动，从电梯内楼层按钮上获知该大楼共19层．求： 
（1）电梯启动和制动时的加速度大小；
（2）该大楼的层高．

9、如图所示是一个利用压力差来测量加速度的实验装置。在一个具有坚硬外壳的长方形盒内的上、下底板上各装配一个压力传感器A、B，其间用一支轻弹簧将一个物块顶在传感器A上，弹簧的下端抵在传感器B上。整个装置处于静止状态时，A、B传感器示数分别为30N、50N。从t＝0时刻起实验装置沿竖直方向开始运动，两个传感器送出的压力数据在显示器上开始跳动，现将这些数据记录在表4中。（g=10m/s2） 
表4
t/s
0
 1 .2 
1 .4 
1 .6 
 1 .8 
 2 .0 
2 .2 

A/N
30
9
6
3
0
0
0

B/N
50
50
50
50
50
53
56

根据表格中的数据通过必要的计算回答下列问题：
（1）这个装置在竖直方向做的运动是匀加速运动吗？是向上运动还是向下运动？
（2）被卡在弹簧和传感器A间的物块的质量m=?
（3）1.4s末实验装置运动的瞬时加速度a=?

10、一同学想研究电梯上升过程的运动规律。某天乘电梯上楼时他携带了一个质量为5kg的砝码和一个量程足够大的弹簧秤，用手提着弹簧秤，砝码悬挂在秤钩上。电梯从第一层开始启动，中间不间断，一直到最高层停止。在这个过程中，他记录了弹簧秤在不同时段内的读数如右表所示。取重力加速度g=10m/s2，根据表格中的数据，求： 
（1）电梯在最初加速阶段的加速度a1与最后减速阶段的加速度a2的大小；
（2）电梯在3.0~13.0s时段内的速度v的大小；
（3）电梯在19.0s内上升的高度H。

时间/s
弹簧秤示数/N
电梯启动前
50.0
0~3.0
58.0
3.0~13.0
50.0
13.0~19.0
46.0
19.0以后
50.0

11、如图为学校体操室一个8m高的落地支架，横梁下面固定一支长6m、质量5kg的竹竿。质量为40kg的同学在竿下从静止开始先匀加速再匀减速上爬，爬到竿顶时速度正也为零。假设减速时的加速度大小是加速时的２倍，上爬总时间为3s，问这两个阶段竹竿对横梁的拉力分别是多少？（g取10m/s2）

12、如图所示，一木箱底部有一质量为5kg的物体，物体与箱盖间有一弹簧（不计质量），将两者竖直连接，弹簧对物体有30N的拉力，现将木箱放在一升降机中，在升降机运动时，发现物体离开箱底，那么这时升降机的运动满足条件是什么？

13、竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤，如图24－1所示，弹簧秤的秤钩上悬挂一个质量m＝4kg的物体，试分析下列情况下电梯的运动情况(g取10m/s2)：

(1)当弹簧秤的示数T1＝40N，且保持不变．
(2)当弹簧秤的示数T2＝32N，且保持不变．
(3)当弹簧秤的示数T3＝44N，且保持不变．

14、自动扶梯与水平面的夹角为30º角，扶梯上站着一个质量为50 kg的人，随扶梯以加速度a=2 m/s2一起向上加速运动，则此时人受到的扶梯的支持力以及摩擦力的大小和方向是怎样的？（g取10 m/s2）

15、某学生想了解所居住高楼内电梯运行的大致规律，他设计一个利用称体重的磅秤来进行测量和研究的方案：
①把磅秤平放在电梯的地板上，他站在磅秤上，请两位同学协助他观察磅秤示数的变化情况，并记录电梯运行时不同时刻磅秤的示数。 
②将两位同学随机记录的7个数据列表．由于不知记录时刻的先后，故表格数据按从小到大的次序排列，并相应标明t1、t2……t7。（记录时电梯作平稳运动）
③对实验数据进行分析研究，了解电梯的运行情况，并粗略测定电梯的加速度。
  思考回答下列问题：
（1）在测量时该学生所受的重力将__________（填“变大”、“变小”、“不变”）
（2）如果先记录到的是较小的示数，后记录到的是较大的示数，则记录时电梯相应的运动可能是        ［       ］
   A．先加速下降后减速下降       B．先减速下降后匀速下降 
观察
次数
时刻
磅  秤
读数（N）
1
t1
449
2
t2
450
3
t3
450
4
t4
549
5
t5
550
6
t6
551
7
t7
551
 C．先匀速上升后减速上升       D．先减速上升后加速上升
（3）如果电梯在运行过程中经历过匀加速、匀速和匀减速三个过程，而两位同学记录的数据不知处于哪一运动阶段，则此电梯加速度的可能值为［       ］
     A．1.0m/s2   B．1.82m/s2   C．2.22m/s2    D．2.50m/s2 

（4） 由于每部电梯运行时加速度都是设定好的，如果要知道该高楼电梯的加速度，还需要测定的物理量是______________．

16、科研人员乘气球进行科学考察．气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为990 kg．气球在空中停留一段时间后，发现气球漏气而下降，及时堵住．堵住时气球下降速度为1 m/s，且做匀加速运动，4 s内下降了12 m．为使气球安全着陆，向舱外缓慢抛出一定的压舱物．此后发现气球做匀减速运动，下降速度在5分钟内减少3 m/s．若空气阻力和泄漏气体的质量均可忽略，重力加速度g＝9.89 m/s2，求抛掉的压舱物的质量．

17、一同学家住在23层高楼的顶楼．他想研究一下电梯上升的运动过程．某天他乘电梯上楼时携带了一个质量为5kg的重物和一个量程足够大的台秤，他将重物放在台秤上．电梯从第1层开始启动，一直运动到第23层停止．在这个过程中，他记录了台秤在不同时段内的读数如下表所示．

时间/s
台秤示数/N
电梯启动前
50.0
0～3.0
58.0
3.0～13.0
50.0
13.0～19.0
46.0
19.0以后
50.0
根据表格中的数据，求：
（1）电梯在最初加速阶段和最后减速阶段的加速度大小；
（2）电梯在中间阶段上升的速度大小；
（3）该楼房平均每层楼的高度．

18、太空是一个微重力、高真空、强辐射的环境，人类可以利用这样的天然实验室制造出没有内部缺陷的晶体，生产出能承受强大拉力的细如蚕丝的金属丝．假如未来的某天你乘坐飞船进行“微重力的体验”行动，飞船由6 000 m的高空静止下落，可以获得持续的25 s之久的失重状态，你在这段时间里可以进行关于微重力影响的实验．已知下落的过程中飞船受到的空气阻力为重力的0.04倍，重力加速度g取10 m/s2，试求：
(1)飞船在失重状态下的加速度大小；
(2)飞船在微重力状态中下落的距离．

19、北京欢乐谷游乐场天地双雄是目前亚洲唯一的双塔太空梭．它是能体验强烈失重、超重感觉的娱乐设施，先把乘有十多人的座舱，送到76 m高的地方，让座舱自由落下，当落到离地面28 m时制动系统开始启动，座舱匀减速运动到地面时刚好停止．若某游客手中托着质量为1 kg的饮料瓶进行这个游戏，g取9.8 m/s2，问：  
  (1)当座舱落到离地面高度为40 m的位置时，饮料瓶对手的作用力多大？
(2)当座舱落到离地面高度为15 m的位置时，手要用多大的力才能托住饮料瓶？

20、一位同学的家住在一座25层的高楼内，他每天乘电梯上楼，随着所学物理知识的增多，有一天他突然想到，能否用所学物理知识较为准确地测出这座楼的高度呢？在以后的一段时间内他进行了多次实验测量，步骤如下：

经过多次仔细观察和反复测量，他发现电梯启动后的运动速度符合如图所示的规律，他就根据这一特点在电梯内用台秤、重物和停表测量这座楼房的高度．他将台秤放在电梯内，将重物放在台秤的托盘上，电梯从第一层开始启动，经过不间断的运行，最后停在最高层．在整个过程中，他记录了台秤中不同时间段内的示数，记录的数据如下表所示．但由于0～3.0s段的时间太短，他没有来得及将台秤的示数记录下来，假设在每个时间段内台秤的示数都是稳定的，重力加速度g取10m/s2.
时间/s
台秤示数/kg
电梯启动前
5.0
0～3.0

3.0～13.0
5.0
13.0～19.0
4.6
19.0以后
5.0
(1)电梯在0～3.0s时间段内台秤的示数应该是多少？
(2)根据测量的数据计算该楼房每一层的平均高度．

答 案
1、【解析】 （1）由图象可以看出升降机在0～2s内向上做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得
F－mg=ma1  
解得              a1=2m/s2        
由运动学公式x1=a1，v=a1t1解得升降机在0～2s内上升的高度x1= 4m，第2s末速度v=4m/s；在2～6s内升降机做匀速运动x2=vt2=16m；在6～10s内升降机做匀减速运动x3=vt3=8m.
故升降机在10s内上升的总高度H=x1+x2+x3=28m.
（2）由于压力传感器示数为零，则木块处于完全失重状态，故升降机在该段时间内做加速度大小为g的匀减速运动.

2、解：（1）由图象知，电梯先匀加速运动，再匀速运动，最后匀减速运动到停止，由表中数据可知，物体的质量为5.0kg，电梯匀加速运动的时间为3.0s，匀速运动的时间为10.0s，匀减速运动的时间为6.0s，此时台秤对物体的支持力为46N，由牛顿第二定律可求得电梯匀减速运动的加速度为a2==0.8m/s2
由于电梯匀加速运动的时间是它匀减速运动时间的一半，而速度变化量相同，故电梯匀加速运动的加速度是它匀减速运动加速度的2倍，即a1=2a2=1.6m/s2
由牛顿第二定律得F1-mg=ma1
F1=m（g+a1）=5.0×（10+1.6）N=58N
即电梯在0～3.0s时间段内台秤的示数为5.8kg
（2）电梯匀速运动的速度为
v=a1t1=1.6×3.0m/s=4.8m/s
则电梯上升的总位移为
x=（t1+t3）+vt2=×9+4.8×10=69.6（m）
则每层楼高为h=m=2.9m

3、 剪断细线后，小球加速上升，对小球由牛顿第二定律得ΣF=ρVg-mg=ma①
小球上升时，小球上方的水也以相同大小的加速度a加速向下流动以填补小球原来占据的空间，那么其水的质量为m′=ρV=1.2kg         ②
对容器整体，同理可得台秤对容器的支持力
    F=40+ma+m′a         ③
代入已知量解①②③得F=39.6N，即台秤的读数是39.6N.

4、【试题分析】
（1）对杨利伟上升过程受力分析，由牛顿第二定律得
N-mg=ma
代入数据可得，坐椅对他的支持力为N=1171.8N
由牛顿第三定律可得，他对坐椅的压力为N′=1171.8N.
（2）杨利伟训练时承受的压力可达到8个G，表明他受到等于自身重力8倍的压力.
（3）飞船减速下降时，具有向上的加速度，系统超重，所以杨利伟有超重的感觉.

5、【试题分析】
（1）在离地面高于28m时，座舱做自由落体运动，处于完全失重状态，所以铅球对手没有作用力，由牛顿第三定律可知，手对铅球也没有作用力.
（2）设座舱自由下落高度为h1=76m-28m=48m后的速度为v，制动时的加速度为a，制动高度为h2=28m，由vl2-v02=2as得
v2=2gh1，v2=2ah2
联立解得  a=
根据牛顿运动定律F-mg=ma得
F=mg
代入数据得  F=133N

6、解：（1）宇航员对座椅的压力为N=kmg.由牛顿第三定律可知，座椅对宇航员的支持力为N′=kmg.
根据牛顿第二定律，得kmg-mg=ma（4≤k≤12）
所以30m/s2≤a≤110m/s2
（2）由题意可知，座椅对宇航员的支持力为N′=10mg
根据牛顿第二定律，得N′-mg=ma，a=（k-1）g=9g=90m/s2

7、（1）由F－t图可知0-1s 人匀加速下滑 1-3s 人匀减速下滑（2）在0-1s中对人有 对杆有 人下滑的加速度 人下滑的最大速度 （3）由v－t图，得竹竿的长度

8、1、解： （1）对于启动状态有：　　　　得　　　　对于制动状态有：　　　　得　　　（2）电梯匀速运动的速度从图中读得，电梯匀速上升的时间t2=26s，加速和减速的时间都是t=1s所以总位移层高

9、（1）不是匀加速运动；是向上的运动。 ① （2）静止时有：FA+mg =FB ,代入数据得m=2kg ② （3）1.4s时刻，FB-FA-mg=ma，代入数据得a=12m/s2 ③

10、(1) a1= = m/s2 =1.6 m/s2, a2= = m/s2 = 0.8m/s2 （2）v1= a1・t1=1.6×3 m/s =4.8 m/s (3)H=a1t12+v1t2+a2t22=×1.6×32m+4.8×10m+×0.8×62m=7.2m+48m+14.4m=69.6m

11、1、解析：设竿上同学上爬过程中的最大速度为v，加速和减速阶段的加速度大小分别为a1和a2，由题意有：a2＝2a1 ①根据运动学公式有：，得＝以t1、t2分别表示竿上同学加速和减速上爬的时间，由v＝a1t1和v＝a2t2得：，即 ②由①②式解得：a1＝2m/s2, a2＝4m/s2,在上爬的加速阶段，对竿上演员应用牛顿第二定律，有：f1-mg=ma1，得f1=m(g+a1)=480N，对竹竿应用平衡条件，有：f1＋m0g=N1，从而得竹竿对横梁的拉力为N1′=N1=f1＋m0g=530N。在上爬的减速阶段，对竿上演员应用牛顿第二定律，有：mg-f2=ma2，得f2=m(g-a2)=240N，对竹竿应用平衡条件，有：f2＋m0g=N2，从而得竹竿对横梁的拉力为N2′=N2=f2＋m0g=290N。点评：本题的求解应用了匀变速运动公式、牛顿运动定律和力的平衡条件，确定竿上同学加速、减速上爬时的加速度大小，是求解问题的关键，在得出加速度a1、a2后，也可对竿上同学和竹竿进行整体研究，具体怎样做同学们请试一试。

12、解：升降机静止时，箱底对物体支持力N=mg-F=20N，升降机运动时，物体离开箱底的临界条件是N=0，对应升降机的加速度为a，则mg-F=ma，，故升降机做向下加速向上减速的运动，加速度不小于。

13、解析：选取物体为研究对象，它受到重力mg和竖直向上的拉力T的作用．规定竖直向上方向为正方向．(1)当T1＝40N时，根据牛顿第二定律有T1－mg＝ma1，解得这时静止或匀速直线运动状态．(2)当T2＝32N时，根据牛顿第二定律有T2－mg＝ma2，解得这示物体的加速度方向与所选定的正方向相反，即电梯的加速度方向竖直向下．电梯加速下降或减速上升．(3)当T3＝44N时，根据牛顿第二定律有T3－mg＝ma3，解得这时的加速度方向与所选的正方向相同，即电梯的加速度方向竖直向上．电梯加速上升或减速下降．点拨：当物体加速下降或减速上升时，亦即具有竖直向下的加速度时，物体处于失重状态；当物体加速上升或减速下降时，亦即具有竖直向上的加速度时，物体处于超重状态．

14、f＝86.6 N，水平向右；N＝550 N，竖直向上提示：对人受力分析知，人受重力、支持力、摩擦力，我们把加速度分解到水平方向和竖直方向方向水平向右 方向竖直向上由牛顿第二定律可得水平方向 竖直方向 代入数据可得上升过程中人受到的摩擦力和支持力分别为 f＝86.6 N，水平向右；N＝550 N，竖直向上

15、不变  2．AD    3．ABC  　4．某学生的质量 

16、由牛顿第二定律得：mg－f＝ma

抛物后减速下降有：
                          Δv＝a/Δt
解得：
M点横坐标为：

17、(1)电梯在最初加速阶段0～3.0S内加速度为，重物受到的支持力为，根据牛顿第二定律，得：

最后减速阶段13.0～19.0s内，重物加速度大小为，重物受到的支持力为，根据牛顿第二定律，得：

(2)在三秒末重物的速度：ｍ／ｓ                      
(3)设在全程内电梯的位移为，电梯加速、匀速、减速运动所用的时间为、、,得：

代入数据得：ｍ                                              
   则平均每层楼高为ｍ=3。16ｍ   

18、(1)9.6 m/s2　(2)3 000 m

19、

20、答案：(1)5.8kg　(2)2.9m
解析：(1)电梯启动前，台秤示数为5.0kg，则物体重力G＝mg＝50N
由于表中各段时间内台秤的示数恒定，所以在时间t1(0～3.0s)内，物体做匀加速运动，在时间t2(3.0s～13.0s)内物体做匀速直线运动，在时间t3(13.0s～19.0s)内物体做匀减速直线运动.19.0s末速度减为零．
在13.0s～19.0s内，物体所受的支持力FN3＝46N，根据牛顿第二定律mg－FN3＝ma3
得在时间t3内物体的加速度a3＝＝0.8m/s2
13．0s末物体的速度v2＝a3t3＝4.8m/s.
而由于电梯在13.0s末的速度与3.0s末的速度相同．因此根据匀变速运动规律，物体在0～3.0s内的加速度a1＝＝1.6m/s2
根据牛顿第二定律FN1－mg＝ma1
解得：FN1＝58N，即台秤的示数为5.8kg
(2)0～3.0s内物体的位移x1＝a1t＝7.2m
3．0s～13.0s内物体的位移x2＝v2t2＝48m
13．0s～19.0s内物体的位移x3＝t3＝14.4m
则电梯上升的总高度，实际为24层的总高度
x＝x1＋x2＋x3＝69.6m
平均每层楼高h＝＝2.9m.

希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德

薄雾浓云愁永昼， 瑞脑消金兽。 佳节又重阳， 玉枕纱厨， 半夜凉初透。
东篱把酒黄昏后， 有暗香盈袖。 莫道不消魂， 帘卷西风， 人比黄花瘦。

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