第四章 第六节 失重和超重-【金版教程】2025-2026学年新教材高中物理必修第一册创新导学案word（粤教版2019）

物理　必修　第一册(粤教) 第六节　失重和超重 1.认识和理解失重和超重现象.2.知道失重和超重现象产生的条件.3.会利用牛顿运动定律分析失重和超重现象.4.认识完全失重现象. 1.失重 (1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受的重力的现象. (2)产生条件：物体加速下降或减速上升，即有向下的加速度. 2.超重 (1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受的重力的现象. (2)产生条件：物体加速上升或减速下降，即有向上的加速度. 3.完全失重现象：如果一个物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零，这种情况是失重现象中的极限，称为完全失重现象.实际下落的物体受到空气的阻力，这种接近完全失重的状态称为微重力状态. 判一判 (1)在地球表面附近，无论物体处于什么状态，物体对悬绳的拉力都与重力大小相等.(　　) (2)在水平面上做匀速直线运动的火车中，可以用弹簧测力计测量物体的重力大小.(　　) (3)物体处于超重状态时重力增大了.(　　) (4)物体处于失重状态时重力减小了.(　　) (5)物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在，大小也没有变化.(　　) (6)做自由落体运动的物体处于完全失重状态.(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ 探究　失重和超重的理解与分析 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”. 站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先减小后增大.当人静止后，体重计的示数保持某一值不变.这是为什么？ 活动1：如图所示，试用牛顿第二定律分析体重计的示数为什么会这样变化？ 提示：体重计的示数反映了人对体重计的压力，根据牛顿第三定律，人对体重计的压力与体重计对人的支持力FN大小相等，方向相反.人在下蹲时受到重力G和体重计的支持力FN，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速、减速两个阶段.以向下为正方向，由牛顿第二定律对这两个过程分别列式：mg－FN1＝ma1，mg－FN2＝－ma2，解得：FN1＝m(g－a1)<mg，FN2＝m(g＋a2)>mg. 活动2：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受的重力叫失重，大于物体所受的重力叫超重.试分析人在体重计上站起过程中的超重和失重情况. 提示：人站起的过程中，先加速后减速.以向上为正方向，由牛顿第二定律，有：FN1－mg＝ma1，FN2－mg＝－ma2，解得：FN1＝m(g＋a1)>mg，FN2＝m(g－a2)<mg，即人开始超重，后来失重. 活动3：站在电梯里的体重计上，感受电梯启动、匀速运行和制动过程中的超重和失重现象并总结.如果电梯自由下落，人会有什么感觉？ 提示：电梯匀速运行时，人既不超重也不失重；电梯向上加速启动时人超重，电梯向上减速制动时人失重；电梯向下加速启动时人失重，电梯向下减速制动时人超重.如果电梯自由下落，人只受重力作用，不受电梯的支持力，体重计示数为0，人将感觉不到重力. 1.失重、超重现象的分析 特征状态 加速度 视重(F)与重力的关系 运动情况 受力图 平衡 a＝0 F＝mg 静止或匀速直线运动 超重 向上 F＝m(g＋a)>mg 向上加速或向下减速 失重 向下 F＝m(g－a)<mg 向下加速或向上减速 完全失重 a＝g F＝0 抛体、正常运行的卫星 2.对失重和超重的理解 (1)失重与超重现象仅仅是一种表象，无论是失重还是超重，物体所受的重力都没有变化. (2)物体处于失重还是超重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关. (3)加速度的大小决定了失重或超重的程度.视重相对重力的改变量为ma，a为物体竖直方向的加速度. (4)完全失重是失重现象的极限.完全失重时，与重力有关的一切现象都将消失. (5)若物体不在竖直方向运动，而加速度在竖直方向有分量，即ay≠0，则当ay竖直向上时物体处于超重状态，当ay竖直向下时物体处于失重状态. 如图甲所示，在升降机的顶部安装了力传感器，传感器下方挂上一轻质弹簧，弹簧下端挂一质量为m的小球.若升降机在匀速运行过程中突然停止，并以此时为零时刻，在后面一段时间内传感器显示弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙所示，g为重力加速度，则下列说法正确的是(　　) A.0～t1时间内小球处于失重状态 B.t1～t2时间内小球处于超重状态 C.t2～t3时间内小球处于超重状态 D.t3～t4时间内小球处于平衡状态 [规范解答]　解法一：0～t2时间内，小球对弹簧的拉力大于自身重力，处于超重状态，故A错误，B正确；t2～t4时间内，小球对弹簧的拉力小于自身重力，处于失重状态，故C、D错误. 解法二：0～t2时间内，小球受到的弹力大于自身重力，合力向上，加速度向上，处于超重状态，故A错误，B正确；t2～t4时间内，小球受到的弹力小于自身重力，合力向下，加速度向下，处于失重状态，故C、D错误. [答案]　B 如图为某电梯铭牌，该电梯额定载重人数为14人，额定载重量为1050 kg，当电梯受到的压力超过额定载重物体的重力时电梯会鸣笛警示.该电梯在八层停靠时进入15位乘客，15位乘客总质量1040 kg.则下列说法正确的是(　　) A.当第15位乘客进入电梯时，该电梯会鸣笛警示 B.当电梯从八层开始向下运动时，电梯会鸣笛警示 C.当电梯从八层下降到一层，快要停止时，电梯可能会鸣笛警示 D.电梯从八层下降到一层停止全过程中都不会鸣笛警示 (1)电梯在什么情况下会鸣笛？ 提示：所受乘客的压力大于其允许的最大压力时. (2)如何求解电梯所受乘客的压力？ 提示：根据牛顿第二定律和牛顿第三定律求解. [规范解答]　由于15位乘客的总质量为1040 kg，而电梯额定载重量为1050 kg，则当第15位乘客进入电梯时，还没有达到电梯的额定载重量，从而电梯不会鸣笛警示，A错误；当电梯从八层开始向下运动时，加速度向下，由牛顿第二定律知ma＝mg－FN，由牛顿第三定律知FN＝FN′，则此时乘客给电梯的压力FN′小于乘客的重力，分析可得出电梯不会鸣笛警示，B错误；当电梯从八层下降到一层，快要停止时，加速度向上，由牛顿第二定律知ma＝FN－mg，由牛顿第三定律知FN＝FN′，则此时乘客给电梯的压力FN′大于乘客的重力，可能大于电梯的额定载重物体的重力，则电梯可能会鸣笛警示，C正确，D错误. [答案]　C 失重和超重问题的解题步骤 (1)确定研究对象，并对其进行受力分析，画出受力示意图. (2)分析物体的运动状态，确定加速度的方向，并在受力示意图旁边标出. (3)选取加速度的方向为正方向，根据牛顿第二定律列方程. (4)解方程，得到物体所受悬挂物的拉力或支持面的支持力. (5)由牛顿第三定律，判定物体对悬挂物的拉力或对支持面的压力与物体重力的关系，从而判定物体处于失重还是超重状态. [变式训练]　在升降电梯内的地板上放一体重计.当电梯静止时，晓明同学站在体重计上，体重计示数为60 kg；当电梯运动过程中，某一段时间内晓明同学发现体重计示数如图所示，则在这段时间内(　　) A.晓明所受的重力变小了 B.晓明的加速度大小为g C.电梯一定在竖直向下运动 D.电梯的加速度方向一定竖直向下 答案：D 解析：晓明同学体重为60 kg，现在体重计示数为40 kg，说明晓明同学处于失重状态，失重状态下晓明所受重力不变，只是体重计示数变小了，故A错误；由牛顿第二定律可知，晓明的加速度为a＝＝g＝，方向竖直向下，故B错误；晓明处于失重状态，说明电梯一定具有竖直向下的加速度，而电梯的运动情况可能是竖直向上做减速运动，也可能是竖直向下做加速运动，故C错误，D正确. 课后课时作业 1.(失重、超重的理解)下列关于失重、超重现象的描述中，正确的是(　　) A.电梯正在减速上升，人在电梯中处于超重状态 B.电梯正在加速下降，人在电梯中处于失重状态 C.举重运动员托举杠铃保持静止，运动员处于超重状态 D.列车在水平轨道上加速行驶，车上的人处于超重状态 答案：B 解析：电梯正在减速上升，加速度向下，故电梯中的乘客处于失重状态，A错误；电梯正在加速下降，加速度向下，故电梯中的乘客处于失重状态，B正确；举重运动员托举杠铃保持静止，竖直方向的加速度为0，运动员既不处于超重状态也不处于失重状态，C错误；列车在水平轨道上加速行驶时，竖直方向的加速度为0，车上的人既不处于超重状态也不处于失重状态，D错误. 2.(失重、超重的理解)2022年11月30日，在神舟十五号载人飞船与中国空间站交会对接后，神舟十五号与神舟十四号航天员“换班”，这是我国首次实现航天员乘组在轨轮换，在中国空间站完成历史性“握手”.下列说法中正确的是(　　) A.太空中的航天员失去了重力 B.太空中的航天员处于失重状态 C.火箭加速升空时，座椅对航天员的支持力大于航天员对座椅的压力 D.火箭加速升空时，航天员所受重力与座椅的支持力是一对平衡力 答案：B 解析：太空中的航天员仍受到重力作用，因其加速度为重力加速度，处于完全失重状态，故A错误，B正确；火箭加速升空时，座椅对航天员的支持力与航天员对座椅的压力是一对相互作用力，大小相等，故C错误；火箭加速升空时，航天员的加速度方向向上，航天员所受重力与座椅的支持力不是一对平衡力，故D错误. 3.(失重、超重的理解)蹦极是一项深受年轻人喜爱的极限运动.一名游客在三清山神仙谷景区体验蹦极，蹦极过程可简化为如图，游客身系弹性绳自高空P点自由下落.图中a点是弹性绳的原长位置，c点是游客所到达的最低点，b点是游客静止地悬吊时的平衡位置.游客在从P点下落到最低点c的过程中(不计空气阻力)，以下说法正确的是(　　) A.P到a的过程中，该游客做自由落体运动，处于失重状态 B.P到a的过程中，该游客做自由落体运动，处于超重状态 C.a到b的过程中，该游客做加速运动，处于超重状态 D.b到c的过程中，该游客做减速运动，处于失重状态 答案：A 解析：P到a的过程中，该游客只受重力作用，做自由落体运动，处于完全失重状态，故A正确，B错误；a到b的过程中，重力大于弹性绳的弹力，该游客做加速运动，加速度方向向下，处于失重状态，故C错误；b到c的过程中，弹性绳的弹力大于重力，该游客做减速运动，加速度方向向上，处于超重状态，故D错误. 4.(失重、超重的理解)(多选)质量为m＝50 kg的同学，双手抓住单杠做引体向上，他的重心的速率随时间变化的图像如图所示.取g＝10 m/s2，由图像可知(　　) A.t＝0.5 s时，他的加速度为3 m/s2 B.t＝0.4 s时，他处于失重状态 C.t＝1.1 s时，他受到单杠的作用力的大小是500 N D.t＝1.5 s时，他处于失重状态 答案：CD 解析：t＝0.5 s时，他的加速度为a＝＝ m/s2＝0.3 m/s2，A错误；t＝0.4 s时，他加速上升，处于超重状态，B错误；t＝1.1 s时，图像的斜率为零，即加速度为零，单杠对他的作用力与重力平衡，所以他受到单杠的作用力的大小是500 N，C正确；t＝1.5 s时，他减速上升，处于失重状态，D正确. 5.(失重、超重的计算)小华住的楼房中有一部电梯，在电梯中，他用测力计悬挂一个重物，保持测力计相对电梯静止，下列各种情况，测力计示数最小的是(　　) A.匀减速下降，加速度的大小为1.0 m/s2 B.匀加速下降，加速度的大小为1.0 m/s2 C.匀减速上升，加速度的大小为2.0 m/s2 D.匀加速上升，加速度的大小为2.0 m/s2 答案：C 解析：设重物的质量为m，受到测力计的弹力为F，以竖直向下为正方向，根据牛顿第二定律有mg－F＝ma，解得F＝mg－ma，则当加速度方向向下，大小越大时，物体的失重现象越明显，测力计示数越小，故选C. 6.(失重、超重的理解)(多选)某同学在地面上用体重计称得体重为490 N.他将体重计移至电梯内称其体重，t0至t3时间段内，体重计的示数如图所示，电梯运行的v­t图像可能是下图中的哪一个？(取电梯向下运动的方向为正)(　　) 答案：BD 解析：由G­t图像可知，该同学先处于超重状态，再处于平衡状态，后处于失重状态，则电梯的加速度先向上，再等于0，后向下；取电梯向下运动的方向为正，则加速度先为负，再等于0，后为正，结合v­t图像的斜率表示加速度，斜率的正负表示加速度的方向，可知B、D可能正确，A、C错误. 7.(失重、超重的计算)(多选)图1是消防员用于观测高楼火灾的马丁飞行背包，在某次演练时，消防员背着马丁飞行背包从地面开始竖直飞行，其v­t图像如图2所示，下列说法正确的是(　　) A.消防员上升的最大高度为15 m B.消防员在30～90 s内处于失重状态 C.消防员在210～225 s内处于超重状态 D.消防员在150～255 s内的平均速度大小为零 答案：BC 解析：v­t图线与t轴所围图形的面积表示物体运动的位移大小，可知消防员上升的最大高度为H＝ m＝675 m，故A错误；在30～90 s内，消防员减速上升，加速度方向竖直向下，处于失重状态，故B正确；在210～225 s内，消防员减速下降，加速度方向向上，处于超重状态，故C正确；在150～255 s内，由图线与t轴所围图形的面积表示物体的位移可知，消防员竖直位移大小h＝ m＝675 m，该段时间内的平均速度大小＝＝ m/s＝ m/s，D错误. 8.(失重、超重的计算)某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时，传感器记录的压力随时间变化的图线如图所示，纵坐标为压力，横坐标为时间.由图线可知，该同学的质量约为66 kg，取g＝10 m/s2，下列说法正确的是(　　) A.1 s时人处在下蹲的最低点 B.下蹲过程中人始终处于失重状态 C.0～4 s内该同学做了2次下蹲—起立的动作 D.1 s时加速度大小约为7.0 m/s2 答案：D 解析：人在下蹲的过程中，先加速向下运动，后减速向下运动，最后静止，下蹲过程中人先处于失重状态，后处于超重状态；人在起立过程中，先加速向上运动，后减速向上运动，最后静止，起立过程中人先处于超重状态，后处于失重状态，所以0～4 s内该同学做了1次下蹲—起立动作，B、C错误.由图可知，在1 s时人处于失重的状态，说明人正在加速下蹲，它不对应下蹲的最低点，此时，由牛顿第二定律有mg－FN＝ma，结合图中数据知FN＝200 N，解得a≈7.0 m/s2，故A错误，D正确. 9.(失重、超重的计算)很多智能手机都有加速度传感器.某同学用手托着手机，打开加速度传感器，手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌自由下落，然后接住手机，观察手机屏幕上加速度传感器的图像，取竖直向上为正方向，将其图像简化，如图所示，重力加速度为g，下列说法正确的是(　　) A.t1时刻，手机加速度大小大于g B.t1到t2时间内，手机处于完全失重状态 C.t2时刻，手机加速度大小大于g D.t2时刻，手机的运动方向为竖直向上 答案：C 解析：根据题意知手机脱离手掌后做自由落体运动并持续了一段时间，由题图可知t1时刻前后一段时间加速度不变，则此过程手机做自由落体运动，加速度等于g，故A错误；由题图可知，t1到t2时间内，手机的加速度方向先向下后向上，可知手机先失重后超重，故B错误；由题图可知，t2时刻手机的加速度大于t1时刻的加速度，故t2时刻加速度大小大于g，故C正确；由题意知，该同学手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌自由下落，然后接住手机，整个过程没有竖直向上的运动，D错误. 10.(综合)测得一位仅在竖直方向上运动的蹦床运动员受到蹦床的弹力F随时间t的变化规律如图所示，已知该运动员的最大加速度为42 m/s2，重力加速度为g＝10 m/s2，不计空气阻力.下列说法正确的是(　　) A.该运动员接触蹦床过程中受到的最大弹力为2000 N B.该运动员双脚离开蹦床后的最大速度为16 m/s C.该运动员由最低点向上运动到离开蹦床的过程中先处于超重状态后处于失重状态 D.该运动员由接触蹦床到最低点的过程中一直处于失重状态 答案：C 解析：由题图分析可知，该运动员的重力等于500 N，则质量为m＝50 kg，该运动员的加速度最大时，蹦床弹力最大，根据牛顿第二定律得Fm－mg＝mam，解得Fm＝2600 N，故A错误；由题图分析可知，运动员双脚离开蹦床后最长经过1.6 s再次接触蹦床，则离开蹦床后上升和下落的时间均为0.8 s，运动员双脚离开蹦床后的最大速度为v＝gt＝10×0.8 m/s＝8 m/s，故B错误；运动员由最低点向上运动到离开蹦床的过程中，蹦床的弹力先大于运动员的重力，加速度方向向上，处于超重状态，过了平衡位置，蹦床的弹力小于运动员的重力，加速度方向向下，处于失重状态，故C正确；运动员由接触蹦床到最低点的过程中，蹦床的弹力先小于运动员的重力，加速度方向向下，处于失重状态，过了平衡位置，蹦床的弹力大于运动员的重力，加速度方向向上，处于超重状态，故D错误. 11.(失重、超重的计算)压力传感器与计算机组合能测绘压力随时间变化的图像，某实验小组为了测量一幢19层的大楼每层的平均高度，在电梯内用压力传感器进行了如下实验：质量为m＝50 kg的甲同学站在压力传感器上，乙同学运用计算机记录了电梯从地面一楼上升到19层楼顶全过程中压力FN随时间t变化的图像(如图所示)，重力加速度g＝10 m/s2，试问： (1)电梯何时启动？启动时的加速度多大？ (2)该大楼每层的平均高度为多少？ 答案：(1)2 s时　2 m/s2　(2)2.84 m 解析：(1)在0～2 s内，压力等于重力，2～3 s内压力大于重力，所以t＝2 s时电梯启动，由F1－mg＝ma1得 启动时的加速度a1＝＝ m/s2＝2 m/s2. (2)从图中读出电梯运动28 s，匀加速上升的时间为t1＝1 s，匀速上升的时间为t2＝26 s，匀减速上升的时间为t3＝1 s， 减速过程的加速度大小为 a2＝＝ m/s2＝2 m/s2 大楼的总高度s＝a1t＋vt2＋a2t 其中v＝a1t1，代入数据解得s＝54 m 则大楼每层的平均高度为h＝＝2.84 m. 2 学科网（北京）股份有限公司 $$