第四章 第6节 超重和失重-【创新教程】2026-2027学年高中物理必修第一册五维课堂同步复习（人教版）

物理·必修第一册 第6节 超重和失重 学习目标 核心素养 1.知道超重、失重和完全失重现象，会根据条件 超重、失重、 探究超失重现象 完全失重 物理 科学 及其实质 判断超重、失重现象。（重点） 观念 超重 探究 2.能用牛顿第二定律解决有关超重和失重的问 合成法 和 电梯中的超失重 科学 失重 科学态度 题（难点） 分解法 思维 与责任 太空中的完全失重 自主预习。探新知 [基础梳理] (3)物体处于失重状态时重力减小了。( [知识点1]重力的测量 (4)超重就是物体的重力变大的现象。() 1.方法一：先测量物体做自由落体运动的 (5)减速上升的升降机内的物体对地板的压力 ,再用天平测量物体的 ,利用 小于重力。 () 牛顿第二定律可得：G= (6)做自由落体运动的物体处于完全失重 2.方法二：利用力的平衡条件对重力进行测 状态。 () 量，将待测物体悬挂或放置在测力计上，使 2.基础理解 它处于 这时物体所受的重 力和测力计对物体的拉力或支持力的大小 (1)如图所示，我国首次太空授课在距地球 ,测力计的示数反映了物体所受的 300多千米的“天宫一号”上举行，关于航 重力 天员王亚平在“天宫一号”上所做的“水球”。 [知识点2幻超重和失重 下列说法正确的是 ( 1.失重 (1)定义：物体对支持物的压力（或对悬挂物的 拉力) 物体所受重力的现象，叫作 失重(weightlessness)现象。 (2)产生条件：物体具有 的加速度。 PHnoneamn 2.超重 航天员在天宫一号 上展示水球的实验 (1)定义：物体对支持物的压力（或对悬挂物的 A.“水球”的形成是因为太空中物体不受 拉力) 物体所受重力的现象，叫作 重力 超重(overweight)现象。 B.“水球”处于失重状态 (2)产生条件：物体具有 的加 速度。 C.“水球”处于超重状态 3.完全失重 D.在“天宫一号”上可以利用体重计称量 (1)定义：物体对支持物（或悬挂物）完全没有 航天员的质量 这种现象被叫作完全失重状态。 (2)人站在体重计上静止时， (2)产生条件：加速度a= ,方向 体重计的示数就显示了人 的体重。人从站立状态到 [自我检测] 完全蹲下，体重计的示数 1.思维辨析 如何变化？为什么会发生 (1)物体向上运动时一定处于超重状态。 这样的变化？ (2)物体减速向下运动时处于失重状态。 ( ·138 第四章运动和力的关系 合作探究。攻重难 开1对超重与失重现象的理解 A.苹果在空中下落时处 ◆[探究导引门 于“超重”状态 你乘坐过高速电梯吗？电梯在启动、停止的 B.苹果落入水中后“重 过程中你有怎样的感受？将你的体验与同 力”变小了 学交流一下，体会其中蕴含的物理规律。 C.苹果在水中向下运动时处于“超重”状态 D.苹果在水中向上运动时处于“失重”状态 思路引导：(1)加速度的方向决定“超重”或 “失重”。 (2)重力不随物体的运动状态而变化 [尝试解答] 汇规律方法了 (1)无论超重、失重、完全失重，变化的只是视 ◆汇探究归纳] 1.实重与视重 重，实际重力不变。 (2)决定超重还是失重的是加速度的方向，与 (1)实重：物体实际所受的重力。 (2)视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水 速度方向无关。 平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称 ◆[跟踪训练] 为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉 1.金属小桶侧面有一小孔A,当桶内盛水时， 力或台秤所受的压力。 水会从小孔A中流出。如果让装满水的小 2.超重与失重 桶自由下落，不计空气阻力，则在小桶自由 (1)超重：“视重”大于“实重”的现象 下落过程中 () (2)失重：“视重”小于“实重”的现象 3.对超重和失重现象的理解 (1)物体处于超重或失重状态时，物体所受的 重力始终不变，只是物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力发生了变化，看起来物 重好像有所增大或减小。 A.水继续以相同的速度从小孔中喷出 (2)发生超重或失重现象与物体的速度方向无 B.水不再从小孔喷出 关，只取决于物体加速度的方向。加速度 C.水将以更大的速度喷出 向上则“超重”，加速度向下则“失重”。 D.水将以较小的速度喷出 (3)在完全失重状态下，平常由重力产生的一 开2超重与失重现象的分析处理 切物理现象都完全消失，比如物体对桌面 ◆[探究导引] 无压力，单摆停止摆动，浸在水中的物体不 (1)用弹簧测力计测物体重力时，突然向 受浮力等。靠重力才能使用的仪器，也不 上加速，观察弹簧测力计的示数如何 能再使用，如天平、液体气压计等。 变化？ [例1]如图所示，苹果自空中竖直落入深水 (2)用弹簧测力计测物体重力时，突然 中，到达某一深度后又返回到水面，下列说 向下加速，观察弹簧测力计的示数如何 法正确的是 ( 变化？ ·139· 物理·必修第一册 (3)若将弹簧测力计和物体一起释放，观察 [例2]如图所示，一质量为m=40kg的小 弹簧测力计的示数如何变化？ 孩站在电梯内的体重计上。电梯从t=0时 刻由静止开始上升，在0~6s内体重计示 数F的变化情况如图所示。试问：在这段 时间内电梯上升的高度是多少？（重力加速 度g取10m/s2) ◆[探究归纳门 1.产生超重、失重现象的原因 (1)产生超重的原因 F/N 440 当物体具有向上的加速度a时，支持物对 400 320 物体的支持力（或悬绳的拉力）为F。由牛 10 顿第二定律可得：F-mg=ma 0123456 所以F=m(g十a)>mg 思路引导：由图像信息分析电梯在不同阶 由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力 段的受力情况并确定电梯的加速度，再根 (或对悬绳的拉力)F>mg。 据运动学公式列方程求解。 (2)产生失重现象的原因 [尝试解答] 当物体具有向下的加速度a时，支持物对 物体的支持力（或悬绳对物体的拉力）为 F。由牛顿第二定律可知：mg-F=ma 所以F=m(g-a)<mg 由牛顿第三定律可知，物体对支持物的压 力（或对悬绳的拉力）F<mg。 特例：当物体具有向下的加速度a=g时，则 F=0,物体处于完全失重状态。 2.超重、失重的分析比较 、特征 视重(F)与 加速度 运动情况 受力图 状态 重力关系 汇规律方法] 静止或匀速 平衡 a=0 F=mg 结合图像分析求解超重与失重问题 直线运动 mg 特别要善于从图像中获取有用信息，能将图 像与物体实际运动的情境结合起来，并应用 F=m(g+ 向上加速，向 超重 向上 a)>mg 下减速 相关物理规律求解。 mg ◆汇跟踪训练] F F=m(g 向下加速，向 2.如图所示，一个质量M=50kg 失重 向下 a)<mg 上减速 的人站在升降机的地板上，升 mg 自由落体运 降机的顶部悬挂了一只弹簧 动、抛体运 测力计，测力计下挂着一个质 完全失重 a=8 F=0 动、环绕地球 量m=5kg的物体A。当升降 正常运行的 卫星等 机向上运动时，她看到弹簧测 力计的示数为40N,g=10m/s2,求： ·140· 第四章运动和力的关系 (1)升降机的加速度； A.箱内物体对箱子底部始终没有压力 (2)此时人对地板的压力。 B.箱子刚从飞机上投下时，箱内物体受到 的支持力最大 C.箱子落到地面前瞬间，箱内物体受到的 支持力比刚投下时大 D.若下落距离足够长，箱内物体有可能不 受底部支持力而“飘起来” [错解]A或D [错因分析]误选A者，对题千提供的信 息审读不细致，误认为只要物体在空中释放 而下落就一定处于完全失重状态。事实上， 箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平 方成正比，解题时应认真审读题中给出的条 件及变化过程。误选D者，此时注意到了 箱子下落过程中受到空气阻力的影响，但对 箱子和箱内物体的运动过程分析错误，想当 然地认为箱内物体有可能不受底部支持力 而“飘起来”。 [正解]箱子刚投下时不受阻力，整体加速 度为g,对于物体有mg-Fv=mg,即FN= 0,此时物体对箱子底部的压力为零，故B 错；随着箱子的下落，因受空气阻力作用，对 整体应用牛顿第二定律得(M+m)g一kv ◆汇课堂小结] =(M十m)a,随着下落速度的增大，加速度 方法1：G=mg 越来越小，对物体应用牛顿第二定律得g 超重和失重 重力的测量小 F、=ma,随着加速度的减小，物体受到的 方法2：平衡条件 加速度向上 支持力越来越大，由牛顿第三定律可得物体 超重现象 支持力（拉力）大于重力 对箱子底部的压力也越来越大，故A错，C 加速度向下 对；若下落距离足够长，最后重力与阻力平 失重现象 支持力（拉力）小于重力 衡，加速度a为零，箱子将做匀速直线运动， [核心素养提升] 此时对物体有g=F,因此物体不可能 “飘起来”，故D错。 易错点：受思维定势的影响，未作好状态分析致错 [答案]C [案例]直升机悬停在空中向地 面投放装有某物体的箱子，如图 汇素养警示分析箱子和箱内物体的运动 应抓住三个关键：一是刚投下时空气阻力 所示。设箱子初速度为零，箱子 所受的空气阻力与箱子下落速 为零；二是运动中F阻=k0；三是当下落 度的平方成正比，且运动过程中箱子始终保 距离足够长时，两者最终将做匀速运动。 持图示姿态。在箱子下落过程中，下列说法 做好受力分析及运动状态的分析，是正确 正确的是 ( 求解问题的前提。 ·141· 物理·必修第一册 课堂自测。夯基础 1.下列关于超重和失重的说法中，正确的是 A.物体处于超重状态时，其重力增加了 B.物体处于完全失重状态时，其重力为零 C.物体处于超重或失重状态时，其惯性比 处于静止时增加或减小了 D.物体处于超重或失重状态时，其重力都 没有变化 2.(2025·湖南衡阳期末)如图所示，轻质弹簧 的上端固定在电梯的天花板上，弹簧下端悬 挂一个小球，电梯中有质量为50kg的乘 客，在电梯运行时乘客发现轻质弹簧的伸长 量始终是电梯静止时的四分之三，已知重力 加速度g=10m/s2,由此可判断() 0 C D 5.质量为60kg的人在电梯里站在体重计上与电 梯一起匀加速上升，电梯的加速度为5m/s2, 则体重计的读数应为(g取10m/s2)( A.60 kg B.90 kg C.65 kg D.30 kg 6.一质量为m=40kgFN A.乘客处于超重状态 的小孩站在电梯内的 600 400 B.电梯可能加速下降，加速度大小为2.5m/s2 体重计上。电梯从t 320 C.电梯可能减速上升，加速度大小为5m/s2 =0时刻由静止开始 D.乘客对电梯地板的压力为325N 上升，在0~6s内体 01234567s 重示数F的变化如图 3.如图所示是我国长征火 所示。取重力加速度g取10m/s2,求： 箭把载人神舟飞船送上 在这段时间内电梯上升的高度是多少。 太空的情景。宇航员在 火箭发射与飞船回收的 过程中均要经受超重与 失重的考验，下列说法正确的是( A.火箭加速上升时，宇航员处于失重状态 B.火箭加速上升时的加速度逐渐减小时， 宇航员对座椅的压力小于其重力 C.飞船加速下落时，宇航员处于超重状态 D.飞船落地前减速下落时，宇航员对座椅 的压力大于其重力 4.如图所示，小芳在体重计上完成下蹲动作。 @温馨提 下列F一图像能反映体重计示数随时间变 学习至此，请完成第四章第6节 化的是 ( ·142·探究归纳 [例2][解析](1)设匀加速运动的时间为七1，则匀加速 阶筏位移为：-0生 匀速阶段位移为：x2=100-x1=(15-t1) 联立解得：v=8m/s,t1=5s (2)由速度公式：v=at 得：a==8 =5m/s2=1.6m/s2 车胎受力如图并正交分解： ↑y mg 在x方向有：Fcos37°-f=ma 在y方向有：N+Fsin37°-mg=0 且：f=uN 代入数据联立解得： F=59.92N, 沿绳与水平方向成37°。 [答案](1)5s8m/s; (2)59.92N,方向沿绳，与水平方向成37°。 跟踪训练 2.解析：(1)滑雪者在斜坡上受力如图所示， 37o mgt 建立如图所示的直角坐标系，沿y轴方向有 FN=mgcos37°=400N; (2)由？一t图像可得滑雪者的加速度大小 a=,4=4m/g, t 根据牛顿第二定律得mgsin37°-F:=ma, 解得F;=mgsin37°-ma=100N。 答案：(1)400N(2)100N 课堂自测·夯基础 1.A[在滑行过程中，物体所受摩擦力提供加速度，设物 FA UmAg 体与水平面间的动摩擦因数为，则aA一mA=mA =4g 。-Ea-m&=g mBmB 即au=aB:又由运动学公式x=2a 可知两物体滑行的最 大距离xA=xB] 2.解析：(1)设飞机在水平跑道的加速度大小为α1，由牛顿 第二定律得F1一f=ma1 解得a1=4.5m/s2 由匀加递直线运动公式山=号ar 解得t=45s。 ·23 参考答案 (2)设沿斜面方向的加速度大小为a2,在倾斜跑道上对 飞机受力分析，由牛顿第二定律得 F-f-mgsin0=maa,其中sin0= h 解得a2=3.5m/s2。 答案：(1)4V5s(2)3.5m/s2 _△u=2m/s 3.解析：（①）小滑块从A到B过程中：a1=△， 由牛顿第二定律得：F=ma1=2N。 (2)小滑块从B到C过程中加速度大小： _△=5m/s a2-△t2 由牛顿第二定律得： mgsin a=maz 则a=30°。 答案：(1)2N(2)30° 第6节 自主预习·探新知 基础梳理 知识点1 1.加速度g质量mg2.静止状态相等大小 知识点2 1.(1)小于(2)向下2.(1)大于(2)竖直向上3.(1) 作用力(2)g向下 自我检测 1.(1)×(2)×(3)×(4)×(5)/()/ 2.(1)B[A错：“水球”有质量，在太空中受到重力。B对， C错：“天宫一号”中的物体处于完全失重状态，物体飘浮 在空中，液体呈现球形。D错：“天宫一号”上物体处于完 全失重状态，物体对体重计没有压力，所以体重计不能 使用。] (2)解析：人蹲下的过程经历了加速向下（失重）、减速向 下（超重）和静止这三个过程。 答案：先减小，后增加，再还原 合作探究·攻重难 探究1探究导引 提示：电梯启动时感到脚对地板的压力增大，电梯在停 止的过程中感到脚对地板的压力减小了。 探究归纳 [例1]C[苹果在空中下落时加速度向下，处于“失重” 状态，A错；苹果在水中下落时加速度向上，处于“超重” 状态，C对；苹果在水中上升时加速度向上，处于“超重” 状态，D错；苹果在整个运动过程中“重力”没变，B错。门 跟踪训练 1.B[水桶自由下落，处于完全失重状态，故其中的水也 处于完全失重状态，对容器壁无压力，故水不会流出；故 选B。] 探究2探究导引 提示：(1)弹簧测力计示数变大了。 (2)弹簧测力计示数变小了。 (3)弹簧测力计示数变为零。 探究归纳 [例2][解析]小孩重力为G=400N,由题图知，在0~ 2s内，F1=440N,F1>G,电梯匀加速上升，则有 a-EG-1m/g,h=7a片=2m 1 t=2s时，v=a1t=2m/s 在2~5s内，F2=400N,F2=G,电梯匀速上升，则有 h2 =vt2=6 m 在5~6s内，F3=320N,F3<G,电梯匀减速上升， 则有a3 _G-F3=2m/s m 3 物理·必修第一册 又v一a3t=0,说明电梯在6s末停止 故hg=名6-1m 所以电梯上升的高度为h=h1十h2十h3=9m。 [答案]9m 跟踪训练 2.解析：(1)对A受力分析，根据牛顿第二定律得： mg一F举=ma 得a=名一=(10-碧）加g=2m/g,则升降农的如 速度为2m/s2,方向向下。 (2)对人分析，根据牛顿第二定律得：Mg一Fy=Ma 解得：FN=Mg-Ma =50×(10-2)N=400N, 则由牛顿第三定律知人对升降机地板的压力大小为400 N,竖直向下。 答案：(1)2m/s2,方向向下 (2)400N竖直向下 课堂自测·夯基础 1.D[超重是物体对接触面的压力大于物体的真实重力， 物体的重力并没有增加，故A错误；物体处于完全失重 时，重力全部用来提供加速度，对支持它的支持面压力 为零，重力并没有消失，故B错误；惯性的大小与物体的 运动状态无关，物体处于超重或失重状态时，其惯性与 处于静止时相等，故C错误；物体处于超重或失重状态 时，其重力都没有变化，故D正确。] 2.B[因为乘客发现轻质弹簧的伸长量始终是电梯静止 时的四分之三，弹力小于小球的重力，加速度向下，则乘 客处于失重状态，A错误；对小球，电梯静止时，有mg= k红，电梯运行时，有mg一及·子x=ma,联立解得a 2.5m/s2,方向向下，电梯可能减速上升或者加速下降， C错误，B正确；对乘客，根据牛顿第二定律有Mg一FN =Ma,解得Fx=375N,根据牛顿第三定律可知，乘客对 电梯地板的压力为375N,D错误。] 3.D[火箭加速上升时，加速度方向向上，宇航员处于超 重状态，A错误；火箭上升的加速度逐渐减小时，由于加 速度方向向上，宇航员仍处于超重状态，对座椅的压力 大于其重力，B错误；飞船加速下落时，加速度方向向下， 处于失重状态，宇航员对座椅的压力小于其重力，C错 误；飞船在落地前减速，加速度方向向上，宇航员处于超 重状态，宇航员对座椅的压力大于其重力，D正确。] 4.C[对人的运动过程分析可知，人下蹲的过程可以分成 两段：人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失 重状态，此时人对传感器的压力小于人的重力的大小； 在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态， 此时人对传感器的压力大于人的重力的大小，故A、B、D 错误，C正确。] 5.B[当电梯静止时体重计示数为mg,所以此时体重计 读数为：F,=60×10N=600N。 当电梯以5m/s2的加速度向上做匀加速运动时，对人根 据牛顿第二定律，得：F2一mg=ma,得：F2=m(g十a)= 60×(5+10)N=900N。由牛顿第三定律得知，人对体 重计的压力大小为F2=F2=900N。则显示人的质量 为：m=9kg=90kg】 6.解析：在0~2s内，电梯做匀加速运动，根据牛顿第二定 律得：a,=Fmg-600-40X10m/g=5m/s,电梯 m 40 上升的高度h=a1后=2×5X2m=10m,2s未速 1 度为v=a14=5×2m/s=10m/s; ·2 中间t2=3s时间内，电梯做匀速运动，电梯上升的高度 h2=t2=10X3m=30m; 最后1s内做匀减速运动，加速度大小4，=mg一F m =40X10-320m/s2=2m/g2,在这段时间内电梯上升 40 的高度A=w-名4a,G=（10×1-名×2×1）m= 9m;则电梯上升的总高度h=h1+h2+h3=49m。 答案：49m 章末易错·点突破 专题归纳·整合提升 专题1 [例1]C[因为物块甲向右运动，木箱静止，根据相对运 动，甲对木箱的摩擦力方向向右，A错误；设乙运动的加 速度为a,只有乙有竖直向下的恒定加速度，对甲、乙和 木箱，由整体法，竖直方向受力分析有FN=M远g一ma, 则地面对木箱的支持力大小不变，B错误；设绳子的弹力 大小为T,对甲受力分析有T-mg=ma, 对乙受力分析有mg-T=ma, 联立解得a=2.5m/s,T=7.5N,C正确，D错误。故 选C。] 跟踪训练 1.A[以小球为研究对象，分析受力情T 况，小球受重力mg、绳的拉力T,小球 的加速度方向沿斜面向下。则mg和 30 T的合力一定沿斜面向下。如图，由牛 几g 顿第二定律得：50=m,解得a 2g,再对整体根据牛顿第二定律可得：F十（2m十m)gsin 30°=3ma;解得F=4.5mg。] 2.解析：(1)对B有：m2g-Fx=m2a1 对A有：F,=m1a1 则F=1mg 1m1十m2 (2)对B有：m2g-Fr2=m2a2 对A十C有：Fr2=2m1a2 则Fn=2m%mg m2+2m1 。 由P=2R,得 2m1m2g 3mim2g m2+2m1-2(m1+mg) 所以m1:m2=1:2。 答案：(1)m1m8(2)1:2 m1+m2 专题2 [例2]解析：A[根据牛顿第二定律和题图的F-t图画 出如图所示的a-t图像 个a/(m·s 0 123s 可知机器人在0~1s和2~3s内加速度大小均为1m/s2, 方向相反，由t图线的斜率表示加速度可知A正确。 故选A。] 跟踪训练 3.BC[由题图乙可知F1=7N时，a1=0.5m/s2, F2=14N时，a2=4m/s2, 由牛顿第二定律得：F1一umg=ma1,F2一mg=ma2, 解得m=2kg,=0.3,故选项B、C正确。]