4.7 超重与失重-【志鸿优化训练】2025-2026学年高中物理必修第一册(教科版)

物理必修第一册教科版 7.超重 学业目标 ·定位 课标要求 1.认识超重与失重。 2.利用牛顿第二定律分析超重、失重现象。 3.利用超重、失重分析生活中的现象。 必备知识 梳理 国知识梳理 一、超重现象 1.定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压 力) 物体所受重力的现象。 2.条件：物体具有竖直向上的 二、失重现象 1.定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压 力) 物体所受重力的现象。 2.条件：物体具有竖直向下的 3.完全失重：当物体具有竖直向下的加速度a =时，物体对悬挂物的拉力（或对支持物 的压力)等于的现象。 三、视重和实重 物体在竖直方向做加速运动时，物体对悬挂 物的拉力（弹簧测力计的示数T)或对支持物 的压力（台秤示数N),通常我们称它(T或 N)为视重。而重力是由于地球作用于物体 而产生的，始终存在，大小也不会受运动状态 改变影响，我们通常称它为实重。 图科学思维 一、思考判断 1.处于失重状态的物体其重力变小。() 0146 与失重 核心素养 1.了解超重、失重、实重。（物理观念） 2.利用牛顿第二定律分析超重、失重现象。（科 学思维) 答案见P3481 2.竖直向上运动的物体一定处于超重状态。 ( 3.物体减速运动时处于超重状态。() 4.物体处于完全失重状态时就不受重力。() 5.不论物体处于超重、失重，还是完全失重状 态，物体所受重力都是不变的。() 6.做自由落体运动和竖直上抛运动的物体都处 于完全失重状态。() 二、思维探究 1.如图，在电梯中的电子秤上放置0.5kg的物 体，在弹簧秤下悬挂1N的小球，当电梯从1 楼升到6楼时，电子秤和弹簧秤的示数变 化吗？ 2.在做下蹲动作的过程，处于超重还是失重？ 关键能力·探究 探究一对超重、失重的理解 ☐情境探究 如图所示，一位同学站在地面上用手提 住弹簧测力计（图中手未画出）。 (1)用弹簧测力计测物体重力时，突然向 上加速，观察弹簧测力计的示数如何 变化。 (2)用弹簧测力计测物体重力时，突然向下加 速，观察弹簧测力计的示数如何变化。 (3)若将弹簧测力计和物体一起释放，观察弹 簧测力计的示数如何变化。 自知识深化 1.重力与视重 (1)重力：物体所受重力不会因物体运动状态 的改变而变化。 (2)视重：当物体竖直悬挂在弹簧测力计下或 放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示 数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的 拉力或台秤所受的压力。 2.超重和失重的理解与判断 (1)当视重与物体的重力不同时，即发生了超 重或失重现象。 (2)判断物体超重与失重的方法 ①从受力的角度判断 超重：物体所受向上的拉力（或支持力）大于 重力； 失重：物体所受向上的拉力（或支持力）小于 重力。 Q第四章牛顿运动定律 答案见P3481 ②从加速度的角度判断 当物体的加速度方向向上（或竖直分量向上） 时，处于超重状态： 当物体的加速度方向向下（或竖直分量向下） 时，处于失重状态。 ③从运动的角度判断 当物体加速上升或减速下降时，物体处于超 重状态； 当物体加速下降或减速上升时，物体处于失 重状态。 典例精析 【典例1】关于超重与失重，下列说法正确的是 () A.物体随电梯上升时，物体总是处于超重 状态 B.物体随电梯下降时，物体可能处于超重 状态 C.在超重现象中，物体的重力增大 D.在完全失重时，物体的重力减小为零 名师点拔 (1)超重与失重现象仅仅是一种表象，只是 拉力（或压力）的增大或减小，物体的重力大小 是不变的。 (2)物体处于超重状态时，不一定做向上的 加速运动，也可能做向下的减速运动：同理，物 体处于失重状态时，不一定做向下的加速运 动，也可能做向上的减速运动。 (3)在完全失重状态下，平常由重力产生的 一切物理现象都会消失，比如液体对器壁没有 压强、浸在水中的物体不受浮力等。工作原理 与重力有关的仪器也不能再使用，如天平、液 体气压计等。 [针对训练1]下列关于超重和失重现象的 描述正确的是( 1479 物理必修第一册教科版 A.电梯正在减速上升，在电梯中的乘客处于 超重状态 B.磁浮列车在水平轨道上加速行使时，列车 上的乘客处于超重状态 C.对地静止的悬浮在空中的热气球处于完 全失重状态 D.“神舟”十五号飞船在绕地球做圆轨道运 行时，飞船内的宇航员处于完全失重状态 [针对训练2]有一个装有水的容器放在弹 簧台秤上，容器内有一只木球被容器底部的细 线拉住浸没在水中处于静止，当细线突然断开， 小球上升的过程中，弹簧秤的示数与小球静止 时相比较() A.增大 B.变小 C.不变 D.无法确定 探究三 用牛顿运动定律分析超重和失重 @情境探究 在乘竖直升降电梯上下楼时，你是否有这样 的感觉：在电梯里上楼时，开始时有“向下坠” 的感觉，好像自己变重了；快到楼顶时又有 “向上飘”的感觉，好像自己变轻了。下楼时， 在电梯里，开始觉得“向上飘”，背的书包也感 觉变“轻”了；快到楼底时，觉得自己“向下 坠”，背的书包也似乎变“重”了。 (1)电梯向上启动瞬间加速度方向向哪？人 受到的支持力比其重力大还是小？电梯匀速 向上运动时，人受到的支持力比其重力大还 是小？ (2)电梯向上将要到达目的地减速运动时加 速度方向向哪？人受到的支持力比其重力大 还是小？ (3)若电梯下降启动的瞬间或到达楼底前减 .40148 速运动时，人受到的支持力比重力大还是小？ 雪知识深化 1.失重与超重 加 规重(F)与 状态 运动情况 受力图 速度 重力关系 静止或匀速 平衡a=0 F=mg 直线运动 F=m(g十 向上加速或 超重 向上 a)>mg 向下威速 F=m(g一a】 向下加速或 失重 向下 <mg(a<g 向上减速 自由落体运 完全 动、抛体运 a=g F=0 失重 动、沿圆轨道 mg 运行的卫星 2.解决超重和失重问题的一般思路 (1)分析物体运动的加速度方向； (2)判断物体处于超重状态还是失重状态： (3)对物体进行受力分析： (4)利用牛顿第二定律分析和求解。 提醒：超重和失重现象的实质就是牛顿第二 定律的应用。 典例精析 【典例2】一次军事演习中，特战兵实施空降，飞 机悬停在高空某处后，特战兵从机舱中跳 下，设特战兵沿竖直方向向下运动，其速度 一时间图线如图a所示，当速度减为零时特 战兵恰好落到地面。已知特战兵的质量为 60kg,降落伞用8根对称的绳悬挂特战兵， 每根绳与中轴线的夹角均为37°，如图b所 示。不计特战兵所受的空气阻力，重力加速 度g取10m/s2,sin37°=0.6，cos37°=0.8， 则( fo/(m.s) 20 13 图a 图b A.前2s特战兵处于超重状态 B.特战兵刚跳下时离地面的高度为200m C.在2~7s时间内每根绳对特战兵的拉力 大小为750N D,落地前瞬间每根绳对特战兵的拉力大小 为125N 【典例3】小红和小明用体重计研究人在观光升 降电梯中的超重和失重现象。在升降电梯 内的地板上放一体重计，电梯静止时小红站 在体重计上。在升降电梯运动过程中，小明 观察到体重计的示数F随时间：变化的图 像如图所示。已知升降电梯从t=0时经历 了三个阶段：由静止开始匀加速运动、匀速 运动和匀减速运动，在t=13s时停止，g 10m/s2。下列说法正确的是() Q第四章 牛顿运动定律 FIN 550 500 F 02 1213ts A.小红在0~2s内重力增加了，小红处于 超重状态 B.升降电梯在小明观察的这段时间内向下 运动 C.小红在2~12s内匀速运动的速度 为2m/s D.小红在0~13s内位移为22m 名师点拨 解决超重、失重问题的基本方法 (1)明确研究对象，进行受力分析。 (2)判断加速度的方向，并建立合理的坐 标轴。 (3)应用牛顿第二定律列出方程。 (4)代入数据求解，必要时进行讨论。 [针对训练3]如图所示，在升降机上用相 同的轻绳悬挂三个小球，球1、球2、球3的质量 分别为1.5kg、1.8kg、2.0kg。已知轻绳能承 受的最大拉力为20N,若升降机向上的加速度 大小满足1m/s2<a<2m/s2,则下列说法正 确的是() A.三根绳可能都会断 B.悬挂球1的绳可能会断 C.悬挂球2的绳可能不会断 D.悬挂球3的绳可能不会断 [针对训练4幻（多选）为测量某栋居民楼高 度及平均层高，小明同学将手机平放于该居民 楼电梯地板上，在电梯从1楼运行到17楼的过 程中，利用手机上的加速度传感器得到如图所 示a-t图像，以竖直向上为正，已知t=0时，电 梯处于静止状态，则( ↑a/m·s-2) 2.0 0 26 12 t/s -2.0 149e: 物理必修第一册教科版 A.1一2s内手机处于失重状态 B.电梯运行最大速度为4m/s 随堂演练·达标 1.超重与失重是宇航员生活和工作中的两大难 题。实际上，在我们的生活中也充满了超重 和失重.假如某同学家住10楼，那么，他从一 楼开始坐电梯回家的过程中，体验到的将 是() A.先超重，后等重，再失重 B.先失重，后等重，再超重 C.一直超重 D.一直失重 2.(多选)把一个质量为2kg的物体挂在弹簧 测力计下，在电梯中看到弹簧测力计的示数 是16N,g取10m/s2,可知电梯的运动情况 可能是() A.以4m/s2的加速度加速上升 B.以2m/s2的加速度诚速上升 C.以2m/s的加速度加速下降 D.以4m/s2的加速度减速下降 3.一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位 移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所 受支持力的大小用F、表示，速度大小用 表示。重力加速度大小为g。以下判断正确 的是( A0~t1时间内，o增大，FN>mg B.t1~t2时间内，v减小，FN<mg C.t2~t,时间内，v增大，Fv<mg D.t2~tg时间内，o减小，FN>mg 4.我国空降部队在抗震数灾过程中多次建立功 勋，这与伞兵们平时严格的训练是分不开的。 一伞兵从高空悬停的直升机上无初速度下 :4.150 C.电梯上升高度为48m D.平均层高为3m 答案见P349 落，5s后打开降落伞。规定竖直向下为正方 向，其沿竖直方向运动的速度一时间图像如 图所示，下列说法正确的是( ↑/m·s） 40 A.0~5s内伞兵处于完全失重状态 B.打开降落伞瞬间，伞兵处于超重状态 C.伞兵下落50m时速度小于90km/h D.5~9s内伞兵所受的合力越来越大 5.(多选)如图所示，小球B放在真空容器A 内，球B的直径恰好等于正方体A的边长， 将它们以初速度。竖直向上抛出，下列说法 中正确的是( A.若不计空气阻力，上升过程中，A对B有 向上的支持力 B.若考虑空气阻力，上升过程中，A对B的 压力向下 C.若考虑空气阻力，下落过程中，B对A的 压力向上 D.若不计空气阻力，下落过程中，B对A没 有压力械第二定律得 mgn一下，-m,下，-uFn 备夏个斜被才向有 Fg一用gm4B=0 耗主买上条人得 a严g始一gow9=大4H 由均发建运精视律1=司时 华授。 (?)人在水平面上滑什时，术平方句只受利地面的 孕条力作用，爱在水平面上人城接地功的加建度为 年'，山作桶第二文律得四g一雕 设人到达C是的速度为中，则人在鲜面上下滑的过 位o2-2aL 人在水平面上滑行时在是高成严处停下来，脚 匀减地直线运动规津0=一2，' 耗主保上条人解得里一22m [针对别练1门(1)14m/。(21Q.5 解析：(1)南中娠第二定律了知四g一m 祥知逢度大小为■g一了m安 由v2-41-2,得一√22-14m/ (2)利奉后汽华浅速运动卫停业的时间 山于'，刺年后1内前述的是离 素nf-24r-1a5m 探究二 [情境累究] 提不：(1)雨南在屋顶上敏匀加速直线运动，零求阁 滴尽快清离厦真，也此是运动时同最延，设履调斜技的 长度为，根据运动学公式有：严豆，挥利用牛概第 二定律得=wg1n9,拜4一填n,所以有上 乏即广成。显然，要求雨滴输离凰顶的时间最短，著要 考思量照料核的长度和屋贸解坡的领角 (2)设量槛的密角为9，底边长为弘，形清做初速度为0 的匀加建直线适动，位移大小一名，面=严高 D因木块密沿斜面匀速下增，由平衡条件可知 稀震西-w080,所以-1面1当在雅力 根据牛顿第二定律得湘速度a=gsin0,联立以上各式 作用下知速上时，山运动学公式上一a得a一2 得√密当9-行时，m湖-1为量大值，对 m/年'，由牛银第二定律得下一调gn0一州g四s&一 应约时间：景短，质以拔度为45韵屋顶排水较果最好， ,得F一站N.D正确. [典例精析习 3C当拉力F小于悬大静摩擦力时，物块静止不动， [典例2](1)4m/s(204×1N(3)6×10N 加速度为零，当F大于最大静摩擦力时，权据F一」 解析：(1)汽车开指做每加毫直线运动时 一e知，陆F的增大，打速度金增大，故意C 4,AD以物体A与B整体为研究对象.受力分析，据 平衡条件可得（用a十两：）Esim0一：(wA十m6】g四 解得秘=2-4m ,解得u一n8,以A为团究对象，授日对A的弹力 为F,易平商条件可得标agi出十F队=碳人g田 (》关用发动机后汽车匀浅建过植中的加建成 9.解得FA一O,即A.B间无弹力，故A正确，C精 1-08=-2m 翼。因A,日可无洋为，A,B都受重力.斜期对物体的 算力，斜图对物体的摩擦力，甲A,日分受到三个力 由年板暴二定律有一f一和 的作用，枚B量灵。据平衡条件可得，B受到的摩擦 解得-4×1o@N, 力f。成050一出gn0,载D正绳 (3》提开始匀加生址推中汽车的加健成为 5.(12■/(2)2s 期-26 解析：1)以利子为册宽叶象，受力分斯如国所示： 流轩对酬子的作用力为F,清场 F 向个顿第二定律有F一了=m解 平够方为F,天花故对制于岭 解保F=f+1=6X10N, 掉方为Fw:的子所受重力为 [针对调缘2]1)5m/公(21.45(3)417m g:由本桶第二定律待组5的 解析：1)在滑梯上匀本速下滑 (F-R)n37-u(F国g Joos87- wgsin D-1mg0s-。 代入数播解得整一2m/ 解得a1-5m/y, 1 2》由疏动学公式得【一复 @清祥长度到-品5一 代入数据解得1一254 解得1=5=1.4 6.(1)2幽/(2)44m(3)30m 解析：(1)对物体：根据牛顾第二定律得 (3》测到达地奇时的速度”￥一5，泛m/。 F一ag= 在池面上分减速泽功：一g一6m/公， 代入戴标符年1=2m/保. (2》透秀保速院可■：时，秀保与小车河照离菜 25 解得玉：一亏m心.17m 大，即 【随堂演陈·达标】 Lc力F作用下a-是-器-vg-L5n4s米 两者之间最大是离 的速度v一r=4.5m/s,3后撒去拉力后P=0,d x-4十w-2,-0m十4x2m-4m- 一0.物体领匀速运动，数C正确， 科 3)现掉力作周的时网为1： 1 振幅位移公大得工1=21 遽度的-a:-2×5m/s-10m/s 撒女F后，物体德墙的加选度为1，整生：时闻停 上，其很移为士，烈播中板暴二定律 响g“和： 得：一Nw一2m,/ 由。一2a裤：一一2x2m-2西m 物体地动的总时间t-1:十，一105 则d-列t十s,一(x十)-0m 7.超重与失重 【必备知识·整理】 [如识板理】 一 1大于 工柱速度 1小于 工都速度 玉g零 [科华思推] 一，见考判断 1.×1×支×4×5.√6./ 二，思维探究 提示山变化。示数先增加，再保持不变，接着再减 少，最后稳定不变 名先失重日品重。 【关罐能力·探突】 探究一 [情境探究 是示：1)弹费薄力计示数变大了， (2)弹黄测力计示数变小了， (3》第簧测力什示数变为零。 【奥例精析】 [角例1]旧电梯加速上升附，物体处于超重状志。 电棒减速上升时，物体处于尖重状古，A错误，若电梯减 速下降，物体处于却重状态，日正确：在超重，失重、完金 失重时，物体的重力并没有变化，C、D量误。故选B。 针对明练1D电梯正在减速上升，加成度向下， 放在电棉中的物体处于炎重状点，A帮议：藏浮列车在 本平轨道上如速行使时，加速度客平向俯，到车上的乘 客不处于却重代声，B绩误，对地静止的悬浮在空中的 热气球，知速度为零，既不如重，也不失重，C蜡说，神 舟”十五号飞静在绕地球做圆轨道运行时，飞卧内的宇 就是处于定全炎重状态.D正确。故选D [针对割练)B以容替和木球组成的整体研究对 象，将领线料断，在木球上浮的过程中木球加速上升，加 速度方向向上，木球上浮■下的堂位由本来填充，断以 相当一个与木球间样大小的水球向下如溪运动，由于同 样体积的木球质量小于水球的质量，所以整体存在失重 现象，秤的示数小于系饶总重力，台解的示数度小 故建R 探究二 [情境深究】 提示：)加速度向上：FW一同g一网，F>mg匀 速向上，F一g (2)加速度0下国g一F、=,F、<网E. ()向下白动醉间，知速度的下，mg一下s=阳： Fw<和g向下减源运动时加流度向上，Fn一wg=mu: 【奥闲精析] [负例2D由图可知：信2a内率兵向下做如速 运动，虹速度的方向向下，荆伞兵处于失重秋态，A胡 误：由于图线域的面积求出下落得高度，唐下落得高 度后=1牛X0=1刚B精误在2一7时侧内 2 匀速下薄，则8Tcs37”-mg,解得T-则.5N,C胡 谈，由墨可短，伞共减速卧设的加害度大小。一器 得-昌，设每程国对排截兵的拉力大小为 F,据8F3一mgme,代人数居可得F=15N, D正确。放选D 免重状高，故A正魂，丑，C.D指误。 [典酬3C由F:图檬可知小红在心一2s内处 名BC电棉韩物体具有相同的加速度。对物体分标，弹 于超重状南，们小红的重力保转不变，A情误：由面意 黄调力计的示数表示弹簧调力计对物体的控力大小： 可知在0一？内由静止开始匀加速运动，小红在这段 以竖直向下为正方向，根谢牛铜第二定律得。一 时间内处于妇重状态，加速度方向向上，可知升降电梯 在小明成察的这段时间内向上滋动，书掃误：小红在司 三-m名，知电梯以2m的生减速上升，成 -2内的速度大小为a=E=00m 以拿a?的速度都速下降，放B,C正确，AD错谈 50 3D根数图像的料率表示速度可知0-1时间内 -1m/公，可知小红在2s时的速度为-一1×2 音增大，一，时间内罗减小，4，时闻内影不变 m/:-2m/8,期小红在2一1？8内匀速运动的速度为 板器，C错谈：0一1时间内速度越来越大，加速度向 2m,C正确：小红在0一2，内的位移为=名 下，处于失重状态，谢Fx<mg,放A精误：与时 兰×2m-2m,小虹在212内的收移为4-w,-名 间内，连度逐渐被小，和违度向上，处于超重状态，则 F、wE,故D正确 ×10的一0m,小红在一13时停止，测12-13的 本B图像料率是加速度，0一内伞兵相速度为：■ 拉移为一2一兰×1m-1m,小红在18s内位 一8m公，小于重力如通度，说明受用力作用，不 移为x-十，十一2路m,D墙民.做法C 是自由落体运动，故A错调：打开毫落伞后做向下网 [针对调笨3]C球1受到的最大拉力F 多运动，加这度向上，处于超重状态，放B正确：图像 m:e十g)-15×(2+10)N18N<2如N,可知悬 面积代表位移，根据图像可知，拿兵下落0m时们 柱球1的绳不可能金斯，A,目蜡风：球2受到的最大拉 处于加速阶度，根摆v一0一2：r可知，此时速度v 力F一-m:(a-十K)-l.8×2+t0)N-L,6N> 20N,最小拉力F-m:(a一+g)=L,sX1+10)N 9,2m/aw1ol.8km/h,故C错误，5-一0s内图惊料 一1线8N<如N,则基柱嫁2的绳可能不会斯，C正确： 率交小，伞兵加电度越来越小，根据华银第二定律可 球3的受到的最小拉力F一m:(a一十R)一之0×(1 知，所受的合力檬米嫁小，故D量议，故选B +10)N一22N>20N,悬柱球3的绳一定合断，D量 三即将客墨以初速度斯整直向上龙出后，若不计空 品，成透C, 气阻力，以整体为研究对象，显据牛辆第二定律得到 [针对调练4]CD1一2s内，电榜加速度方向为显 加速度为：再以容善A为研究对象，上开料下落过 直向上，手机址于超重状整，A骨误（名像与：结所 程其合力等于重力，则县对A投有压力，A对B地 假的面积表示速度的变化量，所以电梯运行的最大速度 受有支持力，故A错模，D正确：若考虑室气阻力，以 为一2X1ms一2m/s,B量误：由图可知1-2s内电 整体为研究对象，根据作顿第二定律得到，上升过园 梯做匀加违运动，2一25s内电梯做匀速运动，25一26s 加速度大于g,再以球B为研究对象，根据牛细第二 内电棉微匀减速运动，，电棉土升的燕度为H一：十 定律分析：日受到的合力大于重力B隐受到重力外 还应受到向下的压力。A对B的压力向下，故B王 十号一8m,汇正胸：平均层商列k一了白 确：若考虑空气阻力，以整体为属究对象，根据餐第 3曲：D正确。放选D 二定律得到：下落过程加如速度小于，再以B为研究 【随堂演练·达标】 对象，根据牛领璃二定律分新，A受到的合力小于重 1,A上棱时，先向上加速，相速度方向向上，处于超重 力，B除受到重力外，还度受到向上的力，即A对B 状态，再匀速，最后向上碱速，加违度方向向下，处于 的支持力向上日对A的压力向下，做C精风， 【章末总结】 [知朗暨合] ①运动软本②威量商正比：印反比$作用力的 方内面m心失量⑧最时②独立D两个 相等命相及多交化日性斯⊙前上0向下 Dr [专题研析] m( 呢色 解析《1)若地面光滑，保A,日整体为研完对象，由 十领第二定律择F-(m十糊加 然后畅鼻出B为研究对象，有下n一wd 一F 装解得F知一标a十m✉ (2》若墙摩解同数均为在，以A,B垫体为所完可 象，有F-x(ma十mn)g=(ma十mmai 然后局离出B为研完对象，有下n一oER一牌1 装2解年Fn- (3》以AB垫体为研完时象，就针面的朝角为，耐 F-(mA十wgn9-xwA十m摆os0-ma十m:加 以目为研完对象 下Fn一用Esin号一用Eog碧-用Ba 拼纤Fn得m [例2]A分对A,B由牛较第二定律得两Ag一丁 =四aa,T一e=网，解得g=6m/,T=8N。故 蔻A [服地调炼1订D设肉物体的质量均为m,这柄 物体在F,和下，的作用下，具有相同的加建度·若泡国 光时对提体。，方向与天相同，物体A 和B之间存在着一对作用力和反作用力，授A施于用 的作用力为F(方向与F,方向相同)。用隔离法分析 物体书在水平方向受力F如和F:银据牛顿第二定律 有下-F-m解得F户e-是不，+F.A指钱，C