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失重现象
在一次太空知识讲座中,老师让同学们做一个实验:用弹簧测力计竖直悬挂一个重物,分别使重物处于静止和匀速下降状态,再让其加速下降。同学们发现,重物在静止和匀速下降时,弹簧测力计的示数相同,都等于物体所受的重力;而加速下降时,却看到弹簧测力计的示数明显减小,好像物体的重力突然间减小了。
老师解释说:“这在物理学上称为失重现象,失重就是物体对支持物的压力或悬挂物的拉力小于物体实际所受重力的现象。如当人们乘电梯加速下降时,人对电梯底面的压力就小于人受到的重力。”小勇在老师的指导下到电梯内做失重实验,如图甲,他将一个体重秤放在电梯水平地面上,然后自己站上秤台。如图乙所示,在电梯向下运动的过程中,他记录下体重秤在不同时间段的示数及对应的时间,描绘出了体重秤的示数随时间t的变化图像如图丙所示(已知小勇的实际质量为60 kg,g取10 N/kg)。
课后小勇和同学们查阅资料还了解到:当电梯以更多大的加速度向下加速时,体重秤的示数为零,即说明他对体重秤的压力为零,我们称这种现象为完全失重现象。

(1)电梯静止时,小勇的重力是
(2)根据图丙分析,小勇在
(3)物体处于完全失重状态,是指物体的
A.质量为零
B.重力为零
C.受到的支持力或拉力为零
(4)我国航天员王亚平利用小球在太空做了两次实验;第一次实验时,将小球偏离竖直位置后放手;第二次实验时,将小球偏离竖直位置后,在放手时对小球施加一个垂直于悬线的力,下列四幅图表示小球在这两次实验中可能出现的运动情况,其中符合实际的是(

甲:放手后,小球悬浮 乙:放手后,小球摆动

丙:施力后,小球摆动 丁:施力后,小球做圆周运动
A.甲、丙
B.甲、丁
C.乙、丙
D.乙、丁
失重现象
在一次太空知识讲座中,老师让同学们做一个实验:用弹簧测力计竖直悬挂一个重物,分别使重物处于静止和匀速下降状态,再让其加速下降。同学们发现,重物在静止和匀速下降时,弹簧测力计的示数相同,都等于物体所受的重力;而加速下降时,却看到弹簧测力计的示数明显减小,好像物体的重力突然间减小了。
老师解释说:“这在物理学上称为失重现象,失重就是物体对支持物的压力或悬挂物的拉力小于物体实际所受重力的现象。如当人们乘电梯加速下降时,人对电梯底面的压力就小于人受到的重力。”小勇在老师的指导下到电梯内做失重实验,如图甲,他将一个体重秤放在电梯水平地面上,然后自己站上秤台。如图乙所示,在电梯向下运动的过程中,他记录下体重秤在不同时间段的示数及对应的时间,描绘出了体重秤的示数随时间t的变化图像如图丙所示(已知小勇的实际质量为60 kg,g取10 N/kg)。
课后小勇和同学们查阅资料还了解到:当电梯以更多大的加速度向下加速时,体重秤的示数为零,即说明他对体重秤的压力为零,我们称这种现象为完全失重现象。
(1)电梯静止时,小勇的重力是
600
N。(2)根据图丙分析,小勇在
0~t₁
段时间内处于失重状态,秤台对小勇的支持力与小勇的重力不是
(选填“是”或“不是”)一对平衡力。(3)物体处于完全失重状态,是指物体的
C
。A.质量为零
B.重力为零
C.受到的支持力或拉力为零
(4)我国航天员王亚平利用小球在太空做了两次实验;第一次实验时,将小球偏离竖直位置后放手;第二次实验时,将小球偏离竖直位置后,在放手时对小球施加一个垂直于悬线的力,下列四幅图表示小球在这两次实验中可能出现的运动情况,其中符合实际的是(
B
)甲:放手后,小球悬浮 乙:放手后,小球摆动
丙:施力后,小球摆动 丁:施力后,小球做圆周运动
A.甲、丙
B.甲、丁
C.乙、丙
D.乙、丁
答案
(1)600
(2)0~$t_1$ 不是
(3)C
(4)B
【解析】(4)太空中飞船内部在失重(相当于物体不受重力)情况下,第一次实验时,将小球偏离竖直位置后放手,小球不受任何外力,根据牛顿第一定律,小球处于静止状态,故甲图正确;第二次实验时,将小球偏离竖直位置后,在放手时对小球施加一个垂直于悬线的力,由于惯性,小球继续保持匀速直线运动状态,又因为受到细线的拉力作用,所以小球将做匀速圆周运动,故丁图正确。故选B。
(2)0~$t_1$ 不是
(3)C
(4)B
【解析】(4)太空中飞船内部在失重(相当于物体不受重力)情况下,第一次实验时,将小球偏离竖直位置后放手,小球不受任何外力,根据牛顿第一定律,小球处于静止状态,故甲图正确;第二次实验时,将小球偏离竖直位置后,在放手时对小球施加一个垂直于悬线的力,由于惯性,小球继续保持匀速直线运动状态,又因为受到细线的拉力作用,所以小球将做匀速圆周运动,故丁图正确。故选B。
解析
【分析】
本题围绕失重现象展开,需结合重力计算、平衡力条件、失重定义及牛顿运动定律分析各问题:
1. 第(1)问利用重力公式G=mg直接计算,已知质量和g,代入即可得重力;
2. 第(2)问根据材料中“失重是拉力/压力小于重力”的定义,结合体重秤示数变化判断失重时间段,再依据平衡力“大小相等”的条件判断支持力与重力是否为平衡力;
3. 第(3)问根据材料中“完全失重是压力为零”的定义,排除质量、重力为零的错误选项;
4. 第(4)问结合太空失重环境(相当于不受重力),利用牛顿第一定律和圆周运动条件分析小球的运动情况。
【解析】
(1) 已知小勇的实际质量m=60kg,g取10N/kg,根据重力公式G=mg,可得电梯静止时小勇的重力:G=60kg×10N/kg=600N。
(2) 根据材料,失重是物体对支持物的压力小于实际重力,图丙中0~t₁段体重秤示数小于小勇实际重力,故该时间段处于失重状态;平衡力需满足大小相等,失重时秤台对小勇的支持力小于小勇的重力,不满足平衡力条件,因此二者不是一对平衡力。
(3) 完全失重是物体对支持物的压力为零,质量是物体固有属性(不为零),重力也不为零,仅支持力/拉力为零,故选C。
(4) 太空处于失重状态(相当于不受重力):第一次放手小球时,小球不受外力,根据牛顿第一定律保持静止,对应甲图;第二次施力后,小球因惯性有垂直于悬线的速度,细线拉力提供向心力,做匀速圆周运动,对应丁图,故选B。
【答案】
(1)600;(2)0~t₁;不是;(3)C;(4)B
【知识点】
重力计算、平衡力判断、失重现象
【点评】
本题结合生活与太空实验考查失重相关知识,需准确理解失重的本质,结合力学定律分析,注重概念应用,难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕失重现象展开,需结合重力计算、平衡力条件、失重定义及牛顿运动定律分析各问题:
1. 第(1)问利用重力公式G=mg直接计算,已知质量和g,代入即可得重力;
2. 第(2)问根据材料中“失重是拉力/压力小于重力”的定义,结合体重秤示数变化判断失重时间段,再依据平衡力“大小相等”的条件判断支持力与重力是否为平衡力;
3. 第(3)问根据材料中“完全失重是压力为零”的定义,排除质量、重力为零的错误选项;
4. 第(4)问结合太空失重环境(相当于不受重力),利用牛顿第一定律和圆周运动条件分析小球的运动情况。
【解析】
(1) 已知小勇的实际质量m=60kg,g取10N/kg,根据重力公式G=mg,可得电梯静止时小勇的重力:G=60kg×10N/kg=600N。
(2) 根据材料,失重是物体对支持物的压力小于实际重力,图丙中0~t₁段体重秤示数小于小勇实际重力,故该时间段处于失重状态;平衡力需满足大小相等,失重时秤台对小勇的支持力小于小勇的重力,不满足平衡力条件,因此二者不是一对平衡力。
(3) 完全失重是物体对支持物的压力为零,质量是物体固有属性(不为零),重力也不为零,仅支持力/拉力为零,故选C。
(4) 太空处于失重状态(相当于不受重力):第一次放手小球时,小球不受外力,根据牛顿第一定律保持静止,对应甲图;第二次施力后,小球因惯性有垂直于悬线的速度,细线拉力提供向心力,做匀速圆周运动,对应丁图,故选B。
【答案】
(1)600;(2)0~t₁;不是;(3)C;(4)B
【知识点】
重力计算、平衡力判断、失重现象
【点评】
本题结合生活与太空实验考查失重相关知识,需准确理解失重的本质,结合力学定律分析,注重概念应用,难度适中。
【难度系数】
0.5
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