2025人教版高中物理必修一知識點-超重和失重

6.超重和失重

【課程標(biāo)準(zhǔn)】

通過實驗，認(rèn)識超重和失重

【知識導(dǎo)圖】

必備知識?認(rèn)知導(dǎo)學(xué)

一、重力的測量

1.方法一：

(1)測量物體做自由落體運動的加速度g;

(2)用天子測量物體的質(zhì)量m-

(3)利用牛頓第二定律得:G=,"心

2.方法二:利用力的平衡轆對重力進(jìn)行測量。將待測物體懸掛或放置在測力計

上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)，這時測力計的示數(shù)反映了物體所受的重力大小。

二、超重和失重

物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏?/p>

超重

拉力)狂物體所受重力

失重物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏?/p>

拉力）嶼物體所受重力

加速下降過程中。個，體重計的示數(shù)為

完全失

兀0,物體對支持物（或懸掛物）完全沒有

重

作用力

［思考］某同學(xué)在下蹲的過程中,處于超重還是失重？

無論超重還是失重,物體所受重力不變。

提示:先失重后超重。

動手求真

站在體重計上向下蹲，在下蹲的過程中，體重計的示數(shù)如何變化?靜止后示數(shù)又怎

樣變化？

答案:先變小，后變大，再變小。當(dāng)人靜止后,保持某一數(shù)值不變。

》明辨是非

1.用彈簧測力計測量重力時，彈簧測力計的示數(shù)一定等于物體的重力大小。（X）

提示:不一定，與物體的運動狀態(tài)有關(guān)。

2.物體重力大小G=mg是根據(jù)牛頓第二定律確定的。N）

3.人站在體重計上靜止不動時視重等于重力。（4）

4.物體處于超重狀態(tài)時重力增大了。(x)

提示:物體處于超重狀態(tài)時本身重力沒有增大，只是視重增大了。

5.做自由落體運動的物體處于完全失重狀態(tài)。(4)

關(guān)鍵能力?探究導(dǎo)思

學(xué)習(xí)任務(wù)一超重和失重的理解

探錨——情境創(chuàng)設(shè)啟發(fā)設(shè)問

一個盛水的容器底部有一小孔。靜止時用手指堵住小孔不讓它漏水，撤除手指，假

設(shè)容器做自由落體運動時：

(1)底部小孔漏水嗎？

(2)解釋原因。

提示：(1)不漏水。

⑵讓容器自由下落時，水和容器只受到重力的作用,水和容器都處于完全失重狀

態(tài)，此時水和容器的運動狀態(tài)相同，它們之間沒有相互作用,水不會流出。

解錨——要點歸納規(guī)律概括

超重、失重的比較

特征

加速度運動情況受力示意圖

狀態(tài)

平衡。=0靜止或勻速直線運動

超重向上向上加速或向下減速

失重向下向下加速或向上減速

a=g自由落體、拋體、正常運行的衛(wèi)星等一~U

失重I

mg

[＞起錨——典題突破學(xué)以致用

角度1從加速度的角度判斷超重、失重

【典例1】（2024.赤峰高一檢測）很多智能手機都有加速度傳感器，加速度傳感器能

通過圖像顯示加速度情況。用手掌托著手機，打開加速度傳感器，手掌從靜止開始

迅速上下運動，得到如圖所示的手機在豎直方向上的加速度隨時間變化的圖像。

該圖像以豎直向上為正方向，取重力加速度大小g=10m/s2,下列說法正確的是

a/(m/s2)

-10.01——-i-i-V

ht2t3

A.手機始終與手掌存在作用力

B.手機在九時刻處于平衡狀態(tài)

C.手機在t2時刻改變運動方向

D.手機在t3時刻處于完全失重狀態(tài)

【解析】選D。由題圖可知市時刻手機的加速度為-10m/s2,即此時手機只受重力

作用，與手掌間沒有相互作用力，手機處于完全失重狀態(tài)，故A錯誤,D正確;手機在

力時刻加速度大于10m/s2,且加速度向上，手機處于超重狀態(tài)，故B錯誤;手機在b

時刻加速度方向改變，手機開始做減速運動,速度方向不變，即運動方向不變，故C

錯誤。

［思維升華］當(dāng)物體有向上的加速度時,物體處于超重狀態(tài);當(dāng)物體有向下的加速

度時,物體處于失重狀態(tài)。超重和失重與物體的運動方向沒有必然的聯(lián)系。

角度2從受力的角度判斷超重、失重

【典例2］（2024.滁州高一檢測）如圖是某同學(xué)站在壓力傳感器上做“下蹲一起立”

的動作時傳感器記錄的壓力隨時間變化的圖線,縱坐標(biāo)為壓力，橫坐標(biāo)為時間。由

圖線可知該同學(xué)的體重約為650N,除此以外以下信息正確的是（）

A.ls時人處在下蹲的最低點

B.2s時人處于起立靜止?fàn)顟B(tài)

C.下蹲過程中人處于先失重后超重的狀態(tài)

D該同學(xué)做了2次嚇蹲一起立”的動作

【解析】選Co人處在下蹲的最低點時應(yīng)該沒有加速度,由題圖可知在1s時人有

向下的加速度，故A錯誤;2s時傳感器示數(shù)等于人的重力，故此時處于下蹲靜止?fàn)?/p>

態(tài)，故B錯誤;人在下蹲的過程中，先加速向下運動,此時加速度方向向下，故人處于

失重狀態(tài)，最后人靜止，故后半段是人減速向下的過程,此時加速度方向向上，人處

于超重狀態(tài)，故下蹲過程中人先失重后超重，故C正確;該同學(xué)在前2s是下蹲過程,

后2s是起立的過程，所以共做了1次“下蹲一起立”的動作，故D錯誤。

【補償訓(xùn)練】（多選）圖甲是某人站在力傳感器上做下蹲、起跳動作的示意圖，傳感

器表面水平下表示人對傳感器的壓力，中間的“?”表示人的重心。圖乙是根據(jù)傳感

器采集到的數(shù)據(jù)畫出的F-t圖像,兩圖中a~g各點均對應(yīng)，其中有幾個點在圖甲中

沒有畫出。取g=10m/s2,根據(jù)圖像分析可知（）

0.400.801.20t/s

乙

A。到b的過程為下蹲過程乃點為重心最低點位置

B.c點位置時，人下蹲的速度達(dá)到最大

C.e點位置人處于失重狀態(tài)

D.e點的加速度大小等于g點的加速度大小

【解析】選B、D。8點壓力最小，加速度方向向下，速度方向向下,不是重心最低

點A錯誤;c點位置時，人受到的重力與支持力相等加速度為零，則速度最大,B正

確;e點位置，人受到的重力小于支持力，加速度方向向上，處于超重狀態(tài),C錯誤;e

點支持力為1000N,g點支持力為0,而重力為500N,根據(jù)牛頓第二定律F-mg^ma

可知,e點的加速度大小等于g點的加速度大小,D正確。

學(xué)習(xí)任務(wù)二超重和失重的計算

探錨——情境創(chuàng)設(shè)啟發(fā)設(shè)問

蹦極是一項極限體育項目。運動員從高處跳下，在彈性繩被拉直前做自由落體

運動;當(dāng)彈性繩被拉直后，在彈性繩的緩沖作用下，運動員下降速度先增加再減小

逐漸減為0o

請思考:下降過程中，運動員在各個階段分別處于何種狀態(tài)?

提示:加速度向上時處于超重;

Fr-mg-ma,FT>mgo

加速度向下時，處于失重;

mg-Fr-ma,FT<mgo

解錨——要點歸納規(guī)律概括

超重和失重定量分析的基本思路:

(1)確定研究對象；

⑵把研究對象從運動體系中隔離出來，進(jìn)行受力分析并畫出受力圖；

⑶選取正方向，分析物體的運動情況,明確加速度的方向；

（4）根據(jù)牛頓運動定律和運動學(xué)公式列方程；

⑸解方程，找出所需的結(jié)果。

起錨——典題突破學(xué)以致用

角度1電梯中的超重、失重的計算

【典例3】侈選）（2024福州高一檢測）在電梯中把一重物置于水平臺秤上臺秤與

力傳感器相連，電梯先從靜止加速上升，然后又勻速運動一段時間，最后停止運動。

傳感器屏幕上顯示出臺秤所受的壓力與時間的關(guān)系（N-/）圖像，如圖所示,g取

10m/s2,下列說法正確的是（）

A.電梯在啟動階段經(jīng)歷了4s的加速上升過程

B.電梯的最大加速度是ym/s2

C.重物在。到4s的時間里,先超重后失重

D.在整個過程中，重物所受重力先變大，后不變,再變小，最后又不變

［思維導(dǎo)引］

程序內(nèi)容

研究對象重物

獲取信息從（N-力圖得到最大壓力

選擇規(guī)律根據(jù)牛頓第二定律求解最大加速度

【解析】選A、Bo由題圖可知，重物在。?4s一直處于超重狀態(tài)，加速度向上，電

梯加速上升，故C錯誤,A正確;由題圖可知,重物的重力為30N,當(dāng)壓力最大為50N

時，具有向上的最大加速度，由牛頓第二定律有N-G=〃,解得m/s?,故B正確;

g3

在整個過程中，重物所受重力保持不變，故D錯誤。

角度2運動中的超重、失重的計算

【典例4]（2024.廣州高一檢測）引體向上是高中學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)的測試項目之

-o如圖甲所示,質(zhì)量為機=55kg的某同學(xué)，雙手抓住單杠做引體向上，在豎直向上

運動過程中，其重心的速度隨時間變化的圖像如圖乙所示,g取10m/s2,由圖像可

知，下列選項錯誤的是（）

甲

A.U1.0s時他的加速度約為0.3m/s2

B.0-1.0s,他的位移約為0.15m

C.^1.0s時他受到單杠的作用力大小約為550N

D.ul.5s時，他正處于失重狀態(tài)

【解析】選C。巾圖像的斜率表示加速度,0?LIs內(nèi)力圖像近似一條直線，可認(rèn)

為0-1.1s內(nèi)學(xué)生做勻加速運動廠1.0s時，他的加速度約為a=—=—xl0~2m/s2=0.3

△t1.0

m/s2,故A正確；I圖像與橫坐標(biāo)軸圍成的面積表示位移,0?1.0s,他的位移約為

A：=|x30xl0_2xlm=0.15m,故B正確;Ul.Os時,根據(jù)牛頓第二定律尸他受到

單杠的作用力大小約為尸=566.5N,故C錯誤產(chǎn)1.5s時,v-t圖像的斜率為負(fù)他的

加速度方向向下，正處于失重狀態(tài)，故D正確。

對點訓(xùn)練

L（2024.汕尾高一檢測）學(xué)生利用一彈簧測力計把質(zhì)量m=lkg的物體靜止懸吊在

豎直電梯的天花板下，彈簧測力計的示數(shù)隨時間的變化如圖所示，取g=10m/s2,他

想通過彈簧測力計的示數(shù)來判斷電梯的運動情況，下列說法正確的是（）

F/N

15--------------------;

10——-I------：

5------：：

0369r/s

A.3-6s內(nèi)，電梯的加速度為10m/s2

B.電梯全程處于下行狀態(tài)

C.電梯先向下后向上運動

D.電梯先減速接著加速運動

【解析】選B物體在0?3s內(nèi)的加速度為“產(chǎn)金皂一m/s2=5m/s?,加速度的

om1

方向與重力加速度的方向相同,所以電梯向下做加速運動;3?6s彈簧測力計的示

數(shù)等于重力，則電梯向下做勻速運動;6?9s內(nèi)物體的加速度。2=再也=-5m/s?加速

m

度的方向與重力加速度的方向相反，所以電梯向下做減速運動。綜上所述,電梯向

下先加速接著勻速最后減速運動，全程處于下行狀態(tài)，故B正確,A、C、D均錯誤。

2.（多選）某同學(xué)用一手機傳感器軟件探究電梯上升過程中的超失重現(xiàn)象，該軟件

可以實時測量手機運動時的加速度?，F(xiàn)該同學(xué)攜帶該手機進(jìn)入電梯，先運行手機

加速度傳感器軟件采集數(shù)據(jù)，之后按下按鈕電梯上升，傳感器上顯示電梯上升過

程中加速度a隨時間t變化的情況如圖所示，重力加速度g=10向$2,則（）

a/(m/s2)

010122830t/s

A.在10?12s內(nèi),該同學(xué)處于超重狀態(tài)

B.若該同學(xué)的體重為60kg,上升階段他對電梯的最大壓力為582N

C.電梯一共上升的距離為10.8m

D.在0?30s內(nèi)該同學(xué)受到電梯的支持力先減小后增大

【解析】選A、Co由題圖可知10?12s內(nèi)支持力大于重力，則該同學(xué)處于超重狀

態(tài)，對電梯的壓力最大，對其進(jìn)行受力分析，由牛頓第二定律有由題圖可

知斫0.3m/s2,代入數(shù)據(jù)解得N=618N,根據(jù)牛頓第三定律可知，上升階段該同學(xué)對

電梯的最大壓力為618N,故A正確,B錯誤。10?12s內(nèi)電梯勻加速上升的距離為

si=）號=0.6m,且12s末的瞬時速度為vi-ati-0.6m/s;12-28s內(nèi)電梯勻速上升的

距離為S2=V/2=9.6m;28~30s內(nèi)電梯勻減速上升的距離為卞也舄屋狀=0.6m,則電

梯一共上升的距離S=SI+S2+S3=10.8m,故C正確。10~12s內(nèi)該同學(xué)處于超重狀態(tài),

支持力大于重力;12~28s內(nèi)電梯勻速運行,支持力和重力相等;28~30s時間內(nèi)加速

度向下，該同學(xué)處于失重狀態(tài),支持力小于于重力。所以在0~30s內(nèi)，該同學(xué)受到

電梯的支持力先增大后減小，故D錯誤。

【拓展例題】考查內(nèi)容:超重、失重與牛頓第二定律的瞬時性綜合

【典例】（多選）（2024.滁州高一檢測）如圖所示，在減速運動的升降機里，頂板的細(xì)

線下懸掛小球A,下接一輕彈簧測力計和小球B。已知mA=mB=5kg,彈簧測力計讀

數(shù)穩(wěn)定為40N,（g=10m/s2）則下列說法正確的是（）

A.升降機正在上升

B.升降機正在下降

C.若某時刻剪斷細(xì)線，剪斷細(xì)線瞬間A的加速度大小是18m/s2

D.若某時刻剪斷細(xì)線，剪斷細(xì)線瞬間B的加速度大小是0

【解析】選A、Co對B球受力分析,其受到豎直向下的重力以及豎直向上的拉

力，則根據(jù)牛頓第二定律可知機解得a"等=2m/s2,B球加速度方向向下,

因為是在減速運動的升降機里，故升降機向上運動，故A正確,B錯誤。若某時刻剪

斷細(xì)線，因為細(xì)線上的力可以突變，彈簧上力不能突變，剪斷細(xì)線后小球A受豎直

向下的重力與拉力，則有0=（40+5x10）N=90N,則球A的加速度為&=@=

m

m/s2-18m/sz;同理可知剪斷細(xì)線瞬間球6的加速度依舊為剪斷前的加速度，為

2m/s2,故C正確,D錯誤。

隨堂檢測?自我診斷

1.（對超重、失重的理解）電梯上升過程中，某同學(xué)用智能手機記錄了電梯速度隨時

間變化的關(guān)系，如圖甲所示。為簡化問題，將圖線簡化為圖乙，電梯處于超重狀態(tài)的

時段是（）

(

乂

)日Lo

，

一.O

褪.5o

眼OS..O

WO

劇

時間*s）

乙

A.從10.0s至I」11.8s

B.從11.8s至I」20.0s

C.從20.0s至I」27.5s

D.從27.5s至I」30.0s

【解析】選A。y4圖像的斜率表示加速度，由圖乙可知，從10.0s到11.8s時間段,

電梯有向上的加速度，處于超重狀態(tài)。

2.（對超重、失重的理解）跳高是田徑比賽中一項技術(shù)性較強的運動，完整的過程中

包含很多物理知識，下列說法正確的是（）

A.助跑過程，運動員的重力的反作用力是地面對運動員的支持力

B.還未離地的起跳上升階段，地面對運動員的作用力大于運動員對地面的作用力

C.整個起跳上升階段，運動員先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài)

D.在最高點運動員還能繼續(xù)越過橫桿，是因為受到了一個向前的沖力

【解析】選Co根據(jù)作用力與反作用力的特點，作用力與反作用力應(yīng)分別作用在

兩個物體上,所以運動員的重力的反作用力是運動員對地球的吸引力，而重力和

地面對運動員的支持力是一對平衡力，故A錯誤;地面對運動員的作用力和運動

員對地面的作用力是一對作用力與反作用力，根據(jù)作用力與反作用力的特點，作

用力與反作用力應(yīng)大小相等，故B錯誤;整個起跳上升階段中運動員先向上做加

速運動，加速度方向向上，后向上做減速運動，加速度方向向下，所以運動員先處于

超重狀態(tài)，后處于失重狀態(tài)，故C正確;運動員還能繼續(xù)越過橫桿，是由于運動員具

有慣性，將保持向前的運動狀態(tài)，而不是受到了一個向前的沖力，故D錯誤。

3.（對超重、失重的理解）（多選）如圖甲所示是我國自主研制的噸位2600t全地面

起重機。該起重機能夠?qū)崿F(xiàn)160m高度吊重173t（相當(dāng)于100多輛家用汽車加起

來的重量）的極限工況，可以通過狹窄、起伏的山地。該起重機吊著一箱貨物豎直

下降,貨物距離地面的高度h與時間t的關(guān)系簡化圖如圖乙所示，圖中九72段為直

線，忽略重力加速度的變化，下列說法正確的是（）

A.071時間內(nèi)，貨物處于失重狀態(tài)

B/T