4.6 超重和失重 讲义-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

本讲义以超重和失重现象为核心知识点，通过重力测量（仪器、方法）及视重实重概念铺垫，结合牛顿第二定律分析超重、失重、完全失重的定义、条件及运动情况，构建“概念-规律-应用”的完整学习支架。 该资料通过对比表格梳理平衡与超失重特征，结合电梯运动、跳伞等典型例题解析，强化运动和相互作用观念与科学推理能力。课中助力教师系统授课，课后练习帮助学生巩固应用，有效弥补知识盲点。

超重和失重讲义 1、 重力的测量 1. 测量重力的仪器 重力测量的仪器包括弹簧测力计、体重计、杆秤以及天平等。其中天平测量的是物体的质量，测出后需要在确定重力加速度g后才能确定重力。 2. 测量重力的方法 (1) 利用牛顿第二定律：先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的质量m，利用牛顿第二定律可得G＝mg (2) 利用力的平衡条件：待测物体悬挂在测力计或放置在秤或体重计上，使它处于静止状态．这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或体重计对物体的支持力的大小相等。 3. 视重和实重 从测量重力的方法可知，不管是弹簧测力计的示数还是体重计或秤的示数表示是物体受到的拉力或者物体受到的支持力，只不过因为物体本身受力平衡，所以重力的大小和测力计或者体重计显示的示数相等。 视重：这里称测力计或体重计的示数为视重，就是可看到的物体的重力大小。 实重：物体的实际重力，物体的重力不会因物体运动状态的变化而改变 注：在物体受力平衡的情况下，视重与实重相等，即测力计或体重计的示数可表示重力的大小；但有些情况下，视重会大于实重，也有可能小于实重。 2、 超重和失重现象 1. 超重现象 (1) 定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象，称为超重现象。即意味着测力计或者体重计的示数大于物体的重力，即视重大于实重。 (2) 产生条件：物体具有竖直向上的加速度。当视重大于实重时，意味着物体所受的拉力或者支持力F大于重力，这时对物体的受力示意图如左图。 这时对物体列牛顿第二定律，得 F－mg＝ma，加速度方向竖直向上 (3) 物体可能的运动情况：加速上升或者减速下降。 · 物体上升，则意味着速度方向向上，而这时加速到方向也向上意味着速度和加速度方向同向，则物体加速上升； · 物体下降，则意味着速度方向向下，而这时加速到方向向上意味着速度和加速度方向反向，则物体减速下降。 2. 失重现象 (1) 定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象，称为失重现象。即意味着测力计或者体重计的示数小于物体的重力，即视重小于实重。 (2) 产生条件：物体具有竖直向下的加速度。当视重小于实重时，意味着物体所受的拉力或者支持力F小于重力，这时对物体的受力示意图如左图。 这时对物体列牛顿第二定律，得 mg-F＝ma，加速度方向竖直向下 (3) 物体可能的运动情况：加速下降或者减速上升。 · 物体上升，则意味着速度方向向上，而这时加速到方向向下意味着速度和加速度方向翻向，则物体减速上升； · 物体下降，则意味着速度方向向下，而这时加速到方向向下意味着速度和加速度方向同向，则物体加速下降。 3. 完全失重现象 (1) 定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态。 (2) 产生条件：a＝g，方向竖直向下 (3) 物体可能的运动情况：自由落体或者抛体运动。 · 当物体的加速度等于g且方向竖直向下时，意味着物体仅受重力。当物体仅受重力时，物体可能的运动就是自由落体或者抛体运动。 3、 超重和失重现象的具体分析 1. 从受力的角度判断：当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态。 2. 从加速度的角度判断：当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为g时处于完全失重状态。 3. 超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关。 4. 超失重的比较 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 竖直向上或有竖直向上的分量 由F－mg＝ma得F＝m(g＋a) >mg 向上加速或向下减速 失重 竖直向下或有竖直向下的分量 由mg－F＝ma得F＝m(g－a) <mg 向下加速或向上减速 完全失重 a＝g F＝0 自由落体运动、抛体运动 5. 超失重现象说明 (1) 物体处于超重和失重状态时，物体的重力并未发生变化，只是视重发生了变化。 (2) 超失重只取决于加速度的方向，与速度的方向、大小均无关。 (3) 物体可能不沿竖直方向运动，但只要竖直方向的加速度ay≠0，那ay方向竖直向上，则物体处于超重状态；ay方向竖直向下，则物体处于失重状态； (4) 在完全失重的状态下，一切由重力引起的现象都会消失。 4、 超失重解题思路 解决超重和失重问题的一般思路： 超重和失重现象的实质就是牛顿第二定律的应用，解答有关问题时： (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。 5、 典型例题解析 例1、某同学站在电梯底板上，如图1所示的v－t图像是计算机显示的电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)．根据图像提供的信息，可以判断下列说法正确的是(　　) 图1 A．在0～20 s内，电梯向上运动，该同学处于超重状态 B．在0～5 s内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态 C．在5～10 s内，电梯处于静止状态，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力 D．在10～20 s内，电梯在减速上升，该同学处于失重状态 解析 在v－t图像中，图像的斜率表示加速度，故0～5 s内斜率为正，加速度为正，方向竖直向上，该同学处于超重状态，速度为正，即电梯向上加速运动；在5～10 s过程中，电梯匀速运动，该同学加速度为零，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力，处于平衡状态；10～20 s过程中，斜率为负，加速度竖直向下，速度为正，即电梯在减速上升，该同学处于失重状态，D正确。 例2、小明同学用台秤研究人在竖直升降电梯中的超重与失重现象．他在地面上用台秤称得自己的体重为500 N，再将台秤移至电梯内称其体重，电梯从t＝0时由静止开始运动到t＝11 s时停止，得到台秤的示数F随时间t变化的图像如图2所示，g取10 m/s2.下列说法正确的是(　　) 图2 A．在0～2 s内，小明处于超重状态 B．在0～2 s内，小明加速度大小为1 m/s2 C．在10～11 s内，台秤示数为F3＝800 N D．在0～11 s内，电梯通过的距离为18 m 解析 小明和台秤从静止开始做加速运动，因为0-2s内台秤示数小于实际重力，即发生了失重现象，则电梯向下运动。2-10s台秤示数等于500N，说明匀速下降。10-11s台秤示数大于500N，说明发生了超重现象，那电梯减速下降。 (1) 0-2s： 对小明列牛顿第二定律， G-F=ma，解得a=1 m/s2，方向向下 则2s末电梯的速度为v=at1=2m/s (2) 2-10s： 电梯以2m/s的速度匀速下降，台秤示数为500N (3) 10-11s： 11s末电梯停止，则加速到a′=v/t3=2m/s2 对小明列牛顿第二定律， F′-G=ma′ 得，F=600N 总共下降的距离为：h=at12+vt2+vt3=19m 所以A、C、D错误，B正确。 6、 基础练习 1. 下列有关超重与失重的说法正确的是(　　) A．体操运动员双手握住单杠吊在空中静止不动时处于失重状态 B．蹦床运动员在空中上升和下降过程中都处于失重状态 C．举重运动员在举起杠铃后静止不动的那段时间内处于超重状态 D．完全失重就是物体失去了重力 2. 如图3所示为游乐场中的一种大型游乐设施跳楼机，它可以使人体验超重和失重．参加游戏的游客被安全带固定在座椅上，由升降机从静止开始经历加速、匀速、减速过程，将座椅提升到一定高度处，然后由静止释放，落到一定位置时，制动系统启动，座椅做减速运动，下降到某一高度时停下．在上述过程中，关于座椅中的人所处的状态，下列判断正确的是(　　) 图3 A．在座椅上升的整个过程中人都处于超重状态 B．在座椅减速上升的过程中人处于超重状态 C．在座椅下降的整个过程中人都处于失重状态 D．在座椅减速下降的过程中人处于超重状态 3.如图4所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，不计空气对人的阻力，下列说法正确的是(　　) 图4 A．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零 B．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力 C．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力 D．在降落伞打开后减速下降过程中，安全带的作用力小于B的重力 4. 某同学站在电梯中的体重计上，电梯静止时体重计示数如图5甲所示，电梯运行过程中体重计的示数如图乙所示．由图乙可知此时电梯可能正在(　　) 图5 A．加速上升 B．减速上升 C．加速下降 D．匀速下降 5. 如图6甲所示，质量为m＝60 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乙所示，g取10 m/s2，由图像可知(　　) 图6 A．t＝0.5 s时，他的加速度为3 m/s2 B．t＝0.4 s时，他处于超重状态 C．t＝1.1 s时，他受到单杠的作用力的大小是620 N D．t＝1.5 s时，他处于超重状态 6. 在电梯中，把一物体置于水平台秤上，台秤与力传感器相连，电梯先从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动；传感器的屏幕上显示出其所受的压力与时间的关系图像，如图7所示(g取10 m/s2)，则： 图7 (1)电梯在启动阶段经历了多长时间的加速上升过程？ (2)该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？ (3)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？ 学科网（北京）股份有限公司 $