超重狀態(tài)下物理現(xiàn)象分析試題一、基礎(chǔ)概念辨析題判斷題：下列關(guān)于超重現(xiàn)象的說法正確的是（）A.物體處于超重狀態(tài)時，其重力會增大B.減速下降的物體一定處于超重狀態(tài)C.超重現(xiàn)象僅發(fā)生在物體向上運(yùn)動的過程中D.完全失重是超重的特殊形式解析：超重的本質(zhì)是物體具有向上的加速度，此時物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谥亓?，但物體的實(shí)際重力不變，A錯誤；減速下降時加速度方向向上，符合超重條件，B正確；超重與速度方向無關(guān)，只要加速度向上即可（如向下減速運(yùn)動），C錯誤；完全失重是失重的特殊形式（加速度a=g），D錯誤。答案：B多選題：下列實(shí)例中屬于超重現(xiàn)象的是（）A.汽車駛過凹形橋最低點(diǎn)B.蕩秋千的小孩通過最低點(diǎn)C.跳水運(yùn)動員被跳板彈起后向上運(yùn)動D.空間站內(nèi)漂浮的宇航員解析：凹形橋最低點(diǎn)和秋千最低點(diǎn)時，物體做圓周運(yùn)動，向心力由支持力與重力的合力提供，支持力大于重力，A、B正確；跳水運(yùn)動員離開跳板后僅受重力，處于完全失重狀態(tài)，C錯誤；空間站內(nèi)宇航員加速度為g，處于完全失重狀態(tài)，D錯誤。答案：AB二、電梯運(yùn)動模型計算題基礎(chǔ)計算題：某人體重60kg，站在電梯內(nèi)的體重秤上。求以下兩種情況中體重秤的讀數(shù)（g=10m/s2）：（1）電梯以2m/s2的加速度加速上升；（2）電梯以1.5m/s2的加速度減速下降。解析：體重秤的讀數(shù)即“視重”，等于支持力N。（1）加速上升時，加速度方向向上，由牛頓第二定律：(N-mg=ma)(N=m(g+a)=60×(10+2)=720,\text{N})，即讀數(shù)為72kg。（2）減速下降時，加速度方向向上（與運(yùn)動方向相反），同理：(N=m(g+a)=60×(10+1.5)=690,\text{N})，即讀數(shù)為69kg。圖像分析題：電梯內(nèi)的壓力傳感器記錄了物體支持力隨時間變化的圖像（如圖1）。已知物體質(zhì)量為5kg，g=10m/s2，分析各階段電梯的運(yùn)動狀態(tài)：0~2s：支持力N=60N，大于重力50N，加速度(a=\frac{N-mg}{m}=2,\text{m/s}^2)，向上加速；2~10s：支持力N=50N，等于重力，勻速運(yùn)動；10~12s：支持力N=30N，小于重力，加速度(a=\frac{N-mg}{m}=-4,\text{m/s}^2)，向上減速（或向下加速）。三、曲線運(yùn)動中的超重問題圓周運(yùn)動計算題：一輛質(zhì)量為2000kg的汽車駛過半徑R=20m的凹形橋，若通過最低點(diǎn)時速度v=10m/s，求橋面所受的壓力（g=10m/s2）。解析：汽車在最低點(diǎn)時，向心力由支持力與重力的合力提供：(N-mg=m\frac{v^2}{R})(N=mg+m\frac{v^2}{R}=2000×10+2000×\frac{10^2}{20}=30000,\text{N})由牛頓第三定律，橋面所受壓力為30000N，方向豎直向下。過山車模型題：過山車在豎直圓軌道最低點(diǎn)的速度為20m/s，軌道半徑為10m。若乘客質(zhì)量為60kg，求此時乘客對座椅的壓力（g=10m/s2）。解析：最低點(diǎn)時支持力提供向心力：(N=mg+m\frac{v^2}{R}=60×10+60×\frac{20^2}{10}=3000,\text{N})，即乘客處于超重狀態(tài)，視重為3000N（相當(dāng)于300kg）。四、航天器發(fā)射中的超重現(xiàn)實(shí)現(xiàn)象基礎(chǔ)應(yīng)用題：飛船發(fā)射時以5m/s2的加速度豎直上升，某宇航員質(zhì)量為70kg，求此時他對座椅的壓力（g=10m/s2）。解析：支持力(N=m(g+a)=70×(10+5)=1050,\text{N})，即宇航員處于1.5倍重力的超重狀態(tài)，對座椅的壓力為1050N。高空重力變化題：飛船以a=5m/s2的加速度上升，某時刻彈簧秤測得10kg物體的視重為75N。已知地球表面重力加速度g?=10m/s2，求此時飛船所在位置的重力加速度g'。解析：視重(N=m(g'+a))，代入數(shù)據(jù)：(75=10×(g'+5))解得(g'=2.5,\text{m/s}^2)，說明飛船已遠(yuǎn)離地球，重力加速度因高度增加而減小。多級加速題：火箭發(fā)射分為三個階段：第一階段：以4m/s2加速上升5s；第二階段：以8m/s2加速上升10s；第三階段：關(guān)閉發(fā)動機(jī)后自由上升。求宇航員在第一、第二階段的視重與重力的比值（g=10m/s2）。解析：第一階段：(\frac{N}{mg}=\frac{g+a_1}{g}=\frac{10+4}{10}=1.4)第二階段：(\frac{N}{mg}=\frac{10+8}{10}=1.8)五、綜合實(shí)驗(yàn)探究題實(shí)驗(yàn)設(shè)計題：某小組利用力傳感器研究“蹦極”過程中的超重現(xiàn)象。將質(zhì)量為0.5kg的小球系在彈性繩下端，從高處釋放后，傳感器記錄了拉力F隨時間t的變化圖像（如圖2）。已知重力加速度g=10m/s2，分析：（1）t?~t?時間段小球的運(yùn)動狀態(tài)；（2）計算t?時刻小球的加速度大小。解析：（1）t?~t?時間段，拉力F>mg（5N），小球處于超重狀態(tài)，此時彈性繩伸長量最大，小球速度為0，即將開始向上反彈；（2）t?時刻F=15N，由(F-mg=ma)得：(a=\frac{F-mg}{m}=\frac{15-5}{0.5}=20,\text{m/s}^2)。誤差分析題：在“電梯超重實(shí)驗(yàn)”中，若體重秤放置不水平，會導(dǎo)致讀數(shù)偏大還是偏?。繛槭裁?？解析：若體重秤傾斜，支持力N將產(chǎn)生水平分力，豎直分力N_y=Ncosθ（θ為傾斜角）。由牛頓第二定律(N_y-mg=ma)，實(shí)際支持力N=(\frac{m(g+a)}{\cosθ})，大于水平放置時的讀數(shù)，因此讀數(shù)偏大。六、臨界狀態(tài)與多過程問題臨界計算題：一質(zhì)量為2kg的物體放在升降機(jī)地板上，與地板間的動摩擦因數(shù)μ=0.5。若升降機(jī)以3m/s2的加速度加速上升，現(xiàn)對物體施加水平向右的拉力F=15N，求物體的加速度（g=10m/s2）。解析：豎直方向：支持力(N=m(g+a_豎)=2×(10+3)=26,\text{N})水平方向：摩擦力(f=μN(yùn)=0.5×26=13,\text{N})由牛頓第二定律：(F-f=ma_水平)(a_水平=\frac{15-13}{2}=1,\text{m/s}^2)，方向水平向右。多過程題：質(zhì)量為m的物體從高h(yuǎn)處自由下落，與地面碰撞后以向上的加速度a反彈，碰撞時間為Δt。求碰撞過程中地面對物體的平均作用力。解析：下落過程：(v=\sqrt{2gh})碰撞過程：取向上為正方向，由動量定理((N-mg)Δt=0-(-mv))(N=mg+\frac{m\sqrt{2gh}}{Δt})，此時N>mg，物體處于超重狀態(tài)。七、實(shí)際應(yīng)用與拓展航天訓(xùn)練題：航天員在離心機(jī)中進(jìn)行超重訓(xùn)練，離心機(jī)旋轉(zhuǎn)半徑r=10m，若要模擬3倍重力的超重環(huán)境，離心機(jī)的角速度ω應(yīng)為多少（g=10m/s2）？解析：向心加速度(a=ω2r=3g)(ω=\sqrt{\frac{3g}{r}}=\sqrt{\frac{3×10}{10}}=\sqrt{3},\text{rad/s}≈1.73,\text{rad/s})。工程安全題：某電梯最大承重為1000kg，若電梯以2m/s2的加速度加速上升，其實(shí)際載客質(zhì)量不能超過多少（g=10m/s2）？解析：設(shè)最大實(shí)際質(zhì)量為m，視重(m(g+a)≤1000g)(m≤\frac{1000