第16讲 超重和失重（暑假培优讲义）新高一物理人教版

第16讲超重和失重（培优讲义） 课标要点 1.理解超重和失重现象的概念，掌握其产生的条件。 2.能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象。 3.掌握完全失重状态的特点和应用。 4.能够解决与超重和失重相关的实际问题。 5.了解超重和失重在航天、电梯等实际生活中的应用。 1.通过受力分析，确定物体的加速度方向。 2.应用牛顿第二定律，分析视重与实重的关系。 3.通过典型情景分析，掌握超重和失重的判断方法。 4.运用等效重力思想，处理完全失重状态下的物理问题。 5.通过实验和生活实例，加深对超重和失重本质的理解。 方法指导 考点01 超重和失重的基本概念 知识点梳理 1.1 超重现象 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 产生条件：物体具有向上的加速度 加速上升 减速下降 物理本质：支持力或拉力大于重力，合外力向上 视重计算：N = m(g + a)，其中a为向上的加速度 1.2 失重现象 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 产生条件：物体具有向下的加速度 加速下降 减速上升 物理本质：支持力或拉力小于重力，合外力向下 视重计算：N = m(g - a)，其中a为向下的加速度 1.3 完全失重 定义：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力为零的现象 产生条件：物体的加速度等于重力加速度，方向向下 自由落体运动 抛体运动 轨道运行的航天器 特点： 视重为零 液体对容器底部无压力 弹簧秤读数为零 但物体的实际重力不变 1.4 超重和失重的判断方法 加速度方向法： 加速度向上：超重 加速度向下：失重 加速度等于g向下：完全失重 速度变化法： 速度大小增加且方向向下：失重 速度大小减小且方向向上：失重 速度大小增加且方向向上：超重 速度大小减小且方向向下：超重 【深化点拨】 2.1 超重和失重的本质分析 本质：物体的视重发生变化，而实际重力不变 牛顿第二定律解释： 超重：N - mg = ma ⇒ N = m(g + a) > mg 失重：mg - N = ma ⇒ N = m(g - a) < mg 完全失重：mg - N = mg ⇒ N = 0 误区澄清： 超重≠重力增大，失重≠重力减小 重力由地球引力决定，与运动状态无关 变化的是物体对支持物的作用力 2.2 超重和失重的典型情景 电梯运动： 启动上升：超重 匀速运动：正常 制动上升：失重 启动下降：失重 制动下降：超重 航天器运动： 发射升空：超重 轨道运行：完全失重 返回舱下降：先失重后超重 娱乐设施： 过山车最高点：失重 过山车最低点：超重 蹦极下降过程：失重 2.3 完全失重状态的物理特性 力学规律： 牛顿第二定律仍然成立 机械能守恒仍然成立 但静力学规律不适用 实验现象： 蜡烛火焰呈球形 水滴呈完美球形 物体悬浮在空中 1．（25-26高一下·河南漯河·阶段检测）某人乘电梯加速上升时，下列说法正确的是（　　） A．人处于超重状态 B．加速度越大，人的惯性越大 C．电梯厢底对人的支持力是由人的鞋底的形变产生的 D．电梯厢底对人的支持力大于人对电梯厢底的压力 2．（25-26高一下·安徽合肥·阶段检测）2026年央视春晚合肥分会场的舞台上，一场精心设计的“空中灯光秀”成为当晚的一大看点。演出当晚，16架无人机载着特制彩灯从地面升腾而起，在舞台周围形成一个圆，象征着团圆美好的节日寓意。若某无人机竖直升空过程中的速度一时间图像如图所示，则（　　） A．时刻无人机上升至最高点 B．时刻无人机开始下降 C．时间内无人机上装载的物品处于超重状态 D．时间内的平均速度大于时间内的平均速度 考点02 超重和失重的应用问题 知识点梳理 1.1 电梯问题 运动阶段分析： 启动阶段：加速度向上，超重 匀速阶段：加速度为零，正常 制动阶段：加速度向下，失重 图像分析： a-t图像：加速度正负判断超失重 v-t图像：斜率符号判断加速度方向 F-t图像：支持力大小直接反映超失重 测量应用： 通过体重计读数变化确定电梯加速度 1.2 航天问题 发射阶段： 火箭加速上升，宇航员处于超重状态 超重倍数可达5-8倍 轨道运行： 航天器在轨道上自由落体，完全失重 宇航员可以漂浮在舱内 返回阶段： 进入大气层减速，超重状态 着陆前减速，超重状态 失重实验： 材料科学实验 生物学实验 流体物理实验 1.3 娱乐设施中的超失重 过山车： 最高点：向心加速度向下，失重 最低点：向心加速度向上，超重 蹦极： 下降过程：加速度向下，失重 上升过程：加速度向上，超重 跳楼机： 自由下落：完全失重 制动阶段：超重 水滑梯： 下滑过程：加速度有向下分量，失重 水平段：正常 1.4 超重和失重的测量方法 弹簧秤法： 直接测量视重变化 N = kΔx 加速度计法： 通过测量加速度确定超失重状态 a = (N - mg)/m 视频分析法： 通过运动轨迹分析加速度 结合牛顿第二定律计算 液体压力法： 通过U形管液面高度差判断 完全失重时液面齐平 【深化点拨】 2.1 电梯运动的多阶段分析 典型运动过程： ① 启动上升：a向上，超重 ② 匀速上升：a=0，正常 ③ 制动上升：a向下，失重 ④ 启动下降：a向下，失重 ⑤ 匀速下降：a=0，正常 ⑥ 制动下降：a向上，超重 加速度变化： 启动和制动阶段加速度最大 匀速阶段加速度为零 舒适度考虑： 加速度不宜过大 通常a < 1m/s² 超重不超过1.2倍，失重不低于0.8倍 2.2 航天器中的完全失重应用 科学实验优势： 消除重力对实验的干扰 研究纯物理过程 制备高纯度材料 日常生活适应： 饮食：特殊包装，避免液体飞溅 睡眠：固定在睡袋中 卫生：特殊设计的洗漱用品 健康影响： 肌肉萎缩 骨质疏松 心血管功能变化 需要定期锻炼 2.3 超重和失重问题的解题策略 ① 确定加速度方向： 通过运动状态或受力分析 注意速度变化和加速度方向的区别 ② 应用牛顿第二定律： 建立坐标系，确定正方向 写出动力学方程 解出支持力或拉力 ③ 判断超失重状态： N > mg：超重 N < mg：失重 N = 0：完全失重 结合实际情景解释 3．（25-26高一下·浙江·期中）某同学挂在装有力传感器的单杠上做向上的引体动作，记录的力随时间变化的图线可能是（　　） A． B． C． D． 4．（2026·内蒙古呼和浩特·一模）某城市“智慧停车楼”的简化模型如图。质量为的汽车静止在升降机的水平托盘上，先以加速度竖直加速上升一段距离，再匀速上升，最后以加速度减速上升至目标楼层。已知重力加速度为，则托盘对汽车的支持力大小（　　） A．在匀速上升阶段为0 B．在加速上升阶段为 C．在减速上升阶段为 D．先小于，再等于，最后大于 超重与失重的综合应用及解题步骤 1. 超重和失重的判断技巧 "加速度方向判断法"： ① 确定物体的加速度方向 ② 加速度向上：超重 ③ 加速度向下：失重 ④ 加速度等于g向下：完全失重 •适用场景：电梯、火箭、过山车等变速运动 2. 电梯问题的解题技巧 "分阶段分析法"： ① 将电梯运动分为启动、匀速、制动三个阶段 ② 分析每个阶段的加速度方向 ③ 应用牛顿第二定律计算支持力 ④ 结合v-t图像或a-t图像验证 •关键点：启动和制动阶段加速度最大，超失重现象最明显 3. 航天器问题的解题技巧 "等效重力场法"： ① 在非惯性系中引入惯性力 ② 超重状态：等效重力g' = g + a ③ 失重状态：等效重力g' = g - a ④ 完全失重：等效重力g' = 0 •应用：分析航天器内物体的平衡和运动 4. 图像问题的解题技巧 "图像信息提取法"： ① 识别图像类型（a-t、v-t、F-t等） ② 提取关键点（拐点、极值点、零点） ③ 分析各阶段的物理状态 ④ 应用牛顿第二定律建立关系 •注意：a-t图像中加速度的正负直接反映超失重状态 角度01 电梯运动问题 1．（25-26高一上·河南郑州·期末）某人在地面上最多可举起60kg的物体，在竖直运动的电梯中某时刻可举起80kg的物体，则此电梯的加速度方向和大小是（）（　　） A．竖直向上 B．竖直向下 C．竖直向下 D．竖直向上 2．（25-26高一上·山西吕梁·期末）如图所示，某同学在电梯内做一个物理小实验。他在电梯底板上放置一小物块，物块与电梯左侧壁用水平轻弹簧连接起来，弹簧处于拉伸状态，电梯静止时物块恰好不会相对底板滑动。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计空气阻力，则下列说法正确的是（　　） A．若电梯由静止加速上升，物块可能相对底板向左滑动 B．若电梯由静止加速上升，物块受到的摩擦力变大 C．若电梯由静止加速下降，物块一定相对底板向左滑动 D．若电梯由静止加速下降，物块受到的支持力小于对底板的压力 3．（25-26高一上·宁夏银川·期末）如图所示，当电梯向上做减速运动时，下列说法正确的是（　　） A．人所受的重力将变大 B．人所受的重力将变小 C．人对地板的压力将变大 D．人对地板的压力将变小 角度02 航天器中的完全失重 4．（25-26高一上·浙江衢州·期末）如图所示是我国航天员在天宫一号中演示测质量的实验。将航天员固定在支架一端，另一位航天员将支架拉开到指定位置后松手，支架产生40N的恒定拉力拉着航天员从静止沿直线返回到舱壁，通过光栅测速装置测得支架复位的速度和时间。下列说法错误的是（   ） A．复位过程中航天员运动的位移为0.25m B．该航天员的质量为80kg C．在太空中不能用弹簧测力计测拉力 D．物体在太空中处于完全失重状态，无法用天平测量质量 5．（2025·四川资阳·一模）航天员在进行太空起飞前，会通过特殊设备模拟超重与失重的环境，而日常电梯的运动过程与这种模拟有相似之处。某次下课后，小红将体重计置于电梯内地板上，按好楼层后站在体重计上保持姿势不变，在之后的电梯运行过程中，她观察到体重计的示数随时间变化的图像如图所示。已知电梯从开始依次经历了三个阶段：由静止开始匀加速运动、匀速运动、匀减速运动直至时停止，取。下列说法正确的是（　　） A．在观察的这段时间内，不能确定小红的运动方向 B．在内，小红重力增加，处于超重状态；在内，小红重力减小，处于失重状态 C．小红在受到合外力冲量为 D．在内，的示数为 6．（25-26高三上·四川绵阳·开学考试）结合课本和生活中出现的以下情景，下列说法正确的是（　　） A．图甲中木块对托盘的压力就是木块的总重力 B．图乙中伽利略利用该实验说明了“物体的运动不需要力来维持” C．图丙中A同学推动B同学时，A对B的作用力大于B对A的作用力 D．图丁中，王亚平在太空授课时处于完全失重状态，重力消失了 角度03 娱乐设施中的超失重现象 7．（25-26高一上·四川凉山·期末）蹦极是一项惊险刺激的极限娱乐项目。如图所示，在体验者竖直下落过程中，不计空气阻力，以下判断正确的是（　　） A．当弹性绳拉力达到最大值时体验者处于超重状态 B．当弹性绳拉力与体验者重力大小相等时，体验者处于完全失重状态 C．弹性绳拉直前，体验者处于完全失重状态，所受重力为0 D．弹性绳拉直后，体验者受到弹性绳向上的拉力，一定处于超重状态 8．（25-26高一上·浙江衢州·期末）如图所示是游乐场的一种娱乐器械。环形座舱套装在竖直柱子上，座舱距地面80m的高处自由落下，当落到距地面35m的位置时制动系统启动，座舱做匀减速运动到地面时刚好停下，不计座舱与柱子间的摩擦力及空气阻力。若座舱中某乘客的质量为，下列说法正确的是（    ） A．该乘客体验完全失重的时间为4s B．该乘客全程的平均速度为15m/s C．当座舱距地面50m的位置时，该乘客对座舱的压力为490N D．当座舱距地面15m的位置时，该乘客对座舱的压力为630N 9．（2024高二上·山东枣庄·学业考试）某大型娱乐器械可以让人体验超重和失重，其环形座舱套在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落；落到一定位置时，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列说法正确的是（　　） A．座舱自由下落的过程中人处于失重状态 B．座舱自由下落的过程中人处于超重状态 C．座舱下落的整个过程中人处于超重状态 D．座舱下落的整个过程中人处于失重状态 1．（2026·云南·高考真题）云南宣威尼珠河大峡谷的“青云电梯”为谷底孩子们上学提供了交通便利。若电梯由静止开始上升，用时，则此过程电梯的平均速度大小及电梯向上加速时乘客所处的状态分别为（     ） A．，超重 B．，超重 C．，失重 D．，失重 2．（2022·浙江·高考真题）如图所示，鱼儿摆尾击水跃出水面，吞食荷花花瓣的过程中，下列说法正确的是（   ）    A．鱼儿吞食花瓣时鱼儿受力平衡 B．鱼儿摆尾出水时浮力大于重力 C．鱼儿摆尾击水时受到水的作用力 D．研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作可把鱼儿视为质点 3．（2025·浙江·高考真题）中国运动员以121公斤的成绩获得2024年世界举重锦标赛抓举金牌，举起杠铃稳定时的状态如图所示。重力加速度，下列说法正确的是（　　） A．双臂夹角越大受力越小 B．杠铃对每只手臂作用力大小为 C．杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对平衡力 D．在加速举起杠铃过程中，地面对人的支持力大于人与杠铃总重力 二、实验题 4．（2024·全国甲卷·高考真题）学生小组为了探究超重和失重现象，将弹簧测力计挂在电梯内，测力计下端挂一物体。已知当地重力加速度大小为。 (1)电梯静止时测力计示数如图所示，读数为_____N（结果保留1位小数）； (2)电梯上行时，一段时间内测力计的示数为，则此段时间内物体处于_____（填“超重”或“失重”）状态，电梯加速度大小为_____ （结果保留1位小数）。 一、单选题 1．（25-26高一下·云南昆明·期中）如图所示，蹦极运动员将专用弹性橡皮绳的一端固定在装置上，另一端系在双脚上，从高处跳下。弹性绳被拉伸前，运动员做自由落体运动。关于运动员从跳下到第一次下落到最低点的过程中，下列说法正确的是（　　） A．弹性绳刚伸直时，运动员的速度最大 B．运动员减速下落阶段，绳对运动员的拉力大于运动员对绳的拉力 C．运动员下落至最低点时加速度为0 D．运动员先处于失重状态，后处于超重状态 2．（25-26高一下·湖南长沙·期中）北京首条无人机配送航线2024年8月16日在八达岭长城景区正式开通，为游客配送防暑降温、应急救援等物资。某品牌物流无人机进行降落送货。无人机从某一高度开始减速下降，其下降的高度（单位：m）与时间（单位：s）的关系式为，速度减为零时悬停在顾客面前。下列分析正确的是（　　） A．下降初速度为10m/s B．下降过程中加速度大小为 C．从减速开始计时，无人机经历了5 s后停下 D．无人机下落时处于完全失重状态 3．（25-26高一下·陕西安康·期中）如图甲所示，一名举重运动员在水平放置的压力传感器上拿着举重杠铃进行体能训练，依次完成下蹲、站起动作，此过程中杠铃和手臂保持相对静止，某段时间内压力传感器的示数随时间变化的图像如图乙所示，重力加速度。下列说法正确的是（　　） A．该运动员的质量为100kg B．t1时刻，压力传感器对运动员的作用力小于运动员对压力传感器的作用力 C．时间内，该运动员先处于失重状态后处于超重状态 D．时间内，运动员完成了一次下蹲，站起动作 4．（25-26高一上·湖南长沙·学业考试模拟）图甲中的塔吊是现代工地必不可少的建筑设备，图乙为的建筑材料被吊车竖直向上提升过程的简化运动图像，取，下列判断正确的是（　　） A．前悬线的拉力恒为 B．末材料离地面的距离为 C．材料处于失重状态 D．在钢索最容易发生断裂 5．（25-26高一上·湖南长沙·学业考试模拟）某运动员（可看做质点）参加跳台跳水比赛，是其向上起跳离开跳台瞬间，其速度与时间关系图像如图所示。不计空气阻力。下列说法正确的是（    ） A．可以求出水池的深度 B．可以求出平台距离水面的高度 C．时间内，运动员处于超重状态 D．时间内，运动员处于失重状态 6．（25-26高一下·浙江·期中）2026年4月，我国蓝箭航天的朱雀三号可重复使用火箭成功完成一子级垂直回收试验。此次回收试验火箭的过程中，有关火箭的运动，下列说法正确的是（　　） A．火箭加速上升时，发动机推力等于火箭的重力 B．火箭在减速下降过程中处于失重状态 C．火箭悬停在空中准备着陆时，所受合力为零 D．火箭加速上升时，火箭的惯性不断增大 二、多选题 7．（25-26高一下·湖北恩施·期中）小明同学为了测试遥控飞行器性能，操控飞行器从地面沿竖直方向由静止起飞，上升到最高点后竖直下落，着陆时速度刚好为零。已知飞行器质量为1kg，其动力系统提供的升力方向始终竖直向上，所受空气阻力大小恒为2N，其运动的v-t图像如图所示，g取10m/s2，下列说法正确的是（　　） A．1s时飞行器升力大小为15N B．3s时飞行器处于失重状态 C．5s时飞行器加速度大小为4m/s2 D．8s时飞行器返回地面 8．（25-26高一下·山西运城·期中）蹦极运动可以简化为如图所示情景，人在点自静止开始下落，到点时弹性绳刚好伸直，点为人下落的最低点，不计空气阻力，则人从点下落至点过程中，下列说法正确的是（　　） A．在段，人处于失重状态 B．在段，人处于超重状态 C．在段，人的速度随时间均匀变化 D．在段，人的速度不断减小 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第16讲超重和失重（培优讲义） 课标要点 1.理解超重和失重现象的概念，掌握其产生的条件。 2.能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象。 3.掌握完全失重状态的特点和应用。 4.能够解决与超重和失重相关的实际问题。 5.了解超重和失重在航天、电梯等实际生活中的应用。 1.通过受力分析，确定物体的加速度方向。 2.应用牛顿第二定律，分析视重与实重的关系。 3.通过典型情景分析，掌握超重和失重的判断方法。 4.运用等效重力思想，处理完全失重状态下的物理问题。 5.通过实验和生活实例，加深对超重和失重本质的理解。 方法指导 考点01 超重和失重的基本概念 知识点梳理 1.1 超重现象 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 产生条件：物体具有向上的加速度 加速上升 减速下降 物理本质：支持力或拉力大于重力，合外力向上 视重计算：N = m(g + a)，其中a为向上的加速度 1.2 失重现象 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 产生条件：物体具有向下的加速度 加速下降 减速上升 物理本质：支持力或拉力小于重力，合外力向下 视重计算：N = m(g - a)，其中a为向下的加速度 1.3 完全失重 定义：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力为零的现象 产生条件：物体的加速度等于重力加速度，方向向下 自由落体运动 抛体运动 轨道运行的航天器 特点： 视重为零 液体对容器底部无压力 弹簧秤读数为零 但物体的实际重力不变 1.4 超重和失重的判断方法 加速度方向法： 加速度向上：超重 加速度向下：失重 加速度等于g向下：完全失重 速度变化法： 速度大小增加且方向向下：失重 速度大小减小且方向向上：失重 速度大小增加且方向向上：超重 速度大小减小且方向向下：超重 【深化点拨】 2.1 超重和失重的本质分析 本质：物体的视重发生变化，而实际重力不变 牛顿第二定律解释： 超重：N - mg = ma ⇒ N = m(g + a) > mg 失重：mg - N = ma ⇒ N = m(g - a) < mg 完全失重：mg - N = mg ⇒ N = 0 误区澄清： 超重≠重力增大，失重≠重力减小 重力由地球引力决定，与运动状态无关 变化的是物体对支持物的作用力 2.2 超重和失重的典型情景 电梯运动： 启动上升：超重 匀速运动：正常 制动上升：失重 启动下降：失重 制动下降：超重 航天器运动： 发射升空：超重 轨道运行：完全失重 返回舱下降：先失重后超重 娱乐设施： 过山车最高点：失重 过山车最低点：超重 蹦极下降过程：失重 2.3 完全失重状态的物理特性 力学规律： 牛顿第二定律仍然成立 机械能守恒仍然成立 但静力学规律不适用 实验现象： 蜡烛火焰呈球形 水滴呈完美球形 物体悬浮在空中 1．（25-26高一下·河南漯河·阶段检测）某人乘电梯加速上升时，下列说法正确的是（　　） A．人处于超重状态 B．加速度越大，人的惯性越大 C．电梯厢底对人的支持力是由人的鞋底的形变产生的 D．电梯厢底对人的支持力大于人对电梯厢底的压力 【答案】A 【详解】A．电梯加速上升时，人的加速度方向竖直向上，此时人对电梯底部的压力大于自身重力，符合超重的定义，故A正确； B．惯性是物体的固有属性，大小仅由物体的质量决定，与加速度、运动状态均无关，人的质量不变，惯性大小不变，故B错误； C．弹力由施力物体的弹性形变产生，电梯厢底对人的支持力的施力物体是电梯厢底，因此该力是电梯厢底的形变产生的，故C错误； D．电梯厢底对人的支持力和人对电梯厢底的压力是一对相互作用力，根据牛顿第三定律，二者大小始终相等、方向相反，与运动状态无关，故D错误。 故选A。 2．（25-26高一下·安徽合肥·阶段检测）2026年央视春晚合肥分会场的舞台上，一场精心设计的“空中灯光秀”成为当晚的一大看点。演出当晚，16架无人机载着特制彩灯从地面升腾而起，在舞台周围形成一个圆，象征着团圆美好的节日寓意。若某无人机竖直升空过程中的速度一时间图像如图所示，则（　　） A．时刻无人机上升至最高点 B．时刻无人机开始下降 C．时间内无人机上装载的物品处于超重状态 D．时间内的平均速度大于时间内的平均速度 【答案】D 【详解】A B．v-t图像中，整个过程速度始终为正（图像始终在t轴上方），说明0∼t3​时间内无人机速度方向一直向上，持续上升，t3​时刻速度减为0才到达最高点，故AB错误； C．t2​∼t3​时间内，无人机向上做减速运动，速度向上，减速时加速度方向向下；加速度向下时物体处于失重状态，故C错误； D．v-t图像与时间轴围成的面积表示位移，平均速度 若两段时间均为匀变速直线运动，根据 则有 即时间内的平均速度大于时间内的平均速度，故D正确， 故选D。 考点02 超重和失重的应用问题 知识点梳理 1.1 电梯问题 运动阶段分析： 启动阶段：加速度向上，超重 匀速阶段：加速度为零，正常 制动阶段：加速度向下，失重 图像分析： a-t图像：加速度正负判断超失重 v-t图像：斜率符号判断加速度方向 F-t图像：支持力大小直接反映超失重 测量应用： 通过体重计读数变化确定电梯加速度 1.2 航天问题 发射阶段： 火箭加速上升，宇航员处于超重状态 超重倍数可达5-8倍 轨道运行： 航天器在轨道上自由落体，完全失重 宇航员可以漂浮在舱内 返回阶段： 进入大气层减速，超重状态 着陆前减速，超重状态 失重实验： 材料科学实验 生物学实验 流体物理实验 1.3 娱乐设施中的超失重 过山车： 最高点：向心加速度向下，失重 最低点：向心加速度向上，超重 蹦极： 下降过程：加速度向下，失重 上升过程：加速度向上，超重 跳楼机： 自由下落：完全失重 制动阶段：超重 水滑梯： 下滑过程：加速度有向下分量，失重 水平段：正常 1.4 超重和失重的测量方法 弹簧秤法： 直接测量视重变化 N = kΔx 加速度计法： 通过测量加速度确定超失重状态 a = (N - mg)/m 视频分析法： 通过运动轨迹分析加速度 结合牛顿第二定律计算 液体压力法： 通过U形管液面高度差判断 完全失重时液面齐平 【深化点拨】 2.1 电梯运动的多阶段分析 典型运动过程： ① 启动上升：a向上，超重 ② 匀速上升：a=0，正常 ③ 制动上升：a向下，失重 ④ 启动下降：a向下，失重 ⑤ 匀速下降：a=0，正常 ⑥ 制动下降：a向上，超重 加速度变化： 启动和制动阶段加速度最大 匀速阶段加速度为零 舒适度考虑： 加速度不宜过大 通常a < 1m/s² 超重不超过1.2倍，失重不低于0.8倍 2.2 航天器中的完全失重应用 科学实验优势： 消除重力对实验的干扰 研究纯物理过程 制备高纯度材料 日常生活适应： 饮食：特殊包装，避免液体飞溅 睡眠：固定在睡袋中 卫生：特殊设计的洗漱用品 健康影响： 肌肉萎缩 骨质疏松 心血管功能变化 需要定期锻炼 2.3 超重和失重问题的解题策略 ① 确定加速度方向： 通过运动状态或受力分析 注意速度变化和加速度方向的区别 ② 应用牛顿第二定律： 建立坐标系，确定正方向 写出动力学方程 解出支持力或拉力 ③ 判断超失重状态： N > mg：超重 N < mg：失重 N = 0：完全失重 结合实际情景解释 3．（25-26高一下·浙江·期中）某同学挂在装有力传感器的单杠上做向上的引体动作，记录的力随时间变化的图线可能是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】上升过程先加速上升，后减速上升，故加速度先竖直向上，后竖直向下，即先超重，后失重，D选项图像符合要求。 故选D。 4．（2026·内蒙古呼和浩特·一模）某城市“智慧停车楼”的简化模型如图。质量为的汽车静止在升降机的水平托盘上，先以加速度竖直加速上升一段距离，再匀速上升，最后以加速度减速上升至目标楼层。已知重力加速度为，则托盘对汽车的支持力大小（　　） A．在匀速上升阶段为0 B．在加速上升阶段为 C．在减速上升阶段为 D．先小于，再等于，最后大于 【答案】B 【详解】A．在匀速上升阶段汽车受力平衡，则托盘对汽车的支持力大小等于汽车重力大小，A错误； B．在加速上升阶段，根据 可得，B正确； C．在减速上升阶段，根据 可得为，C错误； D．由以上分析可知整个过程中托盘对汽车的支持力大小先大于，再等于，最后小于，D错误。 故选B。 超重与失重的综合应用及解题步骤 1. 超重和失重的判断技巧 "加速度方向判断法"： ① 确定物体的加速度方向 ② 加速度向上：超重 ③ 加速度向下：失重 ④ 加速度等于g向下：完全失重 •适用场景：电梯、火箭、过山车等变速运动 2. 电梯问题的解题技巧 "分阶段分析法"： ① 将电梯运动分为启动、匀速、制动三个阶段 ② 分析每个阶段的加速度方向 ③ 应用牛顿第二定律计算支持力 ④ 结合v-t图像或a-t图像验证 •关键点：启动和制动阶段加速度最大，超失重现象最明显 3. 航天器问题的解题技巧 "等效重力场法"： ① 在非惯性系中引入惯性力 ② 超重状态：等效重力g' = g + a ③ 失重状态：等效重力g' = g - a ④ 完全失重：等效重力g' = 0 •应用：分析航天器内物体的平衡和运动 4. 图像问题的解题技巧 "图像信息提取法"： ① 识别图像类型（a-t、v-t、F-t等） ② 提取关键点（拐点、极值点、零点） ③ 分析各阶段的物理状态 ④ 应用牛顿第二定律建立关系 •注意：a-t图像中加速度的正负直接反映超失重状态 角度01 电梯运动问题 1．（25-26高一上·河南郑州·期末）某人在地面上最多可举起60kg的物体，在竖直运动的电梯中某时刻可举起80kg的物体，则此电梯的加速度方向和大小是（）（　　） A．竖直向上 B．竖直向下 C．竖直向下 D．竖直向上 【答案】B 【详解】在地面上，人能举起60kg的物体，所以有 人在电梯中能举起80kg的物体，说明物体处于失重状态，因此可知，其加速度方向竖直向下。设加速度大小为a，对物体有 解得 故选B。 2．（25-26高一上·山西吕梁·期末）如图所示，某同学在电梯内做一个物理小实验。他在电梯底板上放置一小物块，物块与电梯左侧壁用水平轻弹簧连接起来，弹簧处于拉伸状态，电梯静止时物块恰好不会相对底板滑动。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计空气阻力，则下列说法正确的是（　　） A．若电梯由静止加速上升，物块可能相对底板向左滑动 B．若电梯由静止加速上升，物块受到的摩擦力变大 C．若电梯由静止加速下降，物块一定相对底板向左滑动 D．若电梯由静止加速下降，物块受到的支持力小于对底板的压力 【答案】C 【详解】AB．电梯静止时物块恰好不会相对底板滑动，说明物块受静摩擦力刚好达到最大，且水平方向由二力平衡有 若电梯由静止加速上升，物块处于超重状态，物块对底板压力增大，最大静摩擦力增大，故物块仍相对底板静止，受到的摩擦力仍与弹力平衡，故AB错误； CD．若电梯由静止加速下降, 物块处于失重状态，物块对底板压力减小（小于重力），最大静摩擦力减小，即最大静摩擦力小于弹力，故物块一定相对底板向左滑动，而物块受到底板的支持力与其对底板的压力是一对作用力与反作用力，始终大小相等，故C正确，D错误。 故选C。 3．（25-26高一上·宁夏银川·期末）如图所示，当电梯向上做减速运动时，下列说法正确的是（　　） A．人所受的重力将变大 B．人所受的重力将变小 C．人对地板的压力将变大 D．人对地板的压力将变小 【答案】D 【详解】AB．当电梯向上做减速运动时，人所受的重力不变，故AB错误； CD．当电梯向上做减速运动时，加速度向下，对人由牛顿第二定律得 人所受地板的支持力 由牛顿第三定律得人对地板的压力也小于重力。匀速运动时，人对地板的压力大小等于人的重力大小，故与匀速运动相比人对地板的压力将变小，故C错误，D正确。 故选D。 角度02 航天器中的完全失重 4．（25-26高一上·浙江衢州·期末）如图所示是我国航天员在天宫一号中演示测质量的实验。将航天员固定在支架一端，另一位航天员将支架拉开到指定位置后松手，支架产生40N的恒定拉力拉着航天员从静止沿直线返回到舱壁，通过光栅测速装置测得支架复位的速度和时间。下列说法错误的是（   ） A．复位过程中航天员运动的位移为0.25m B．该航天员的质量为80kg C．在太空中不能用弹簧测力计测拉力 D．物体在太空中处于完全失重状态，无法用天平测量质量 【答案】C 【详解】A．复位过程中航天员运动的位移为，故A正确，不符合题意； B．航天员的加速度大小为 航天员的质量为，故B正确，不符合题意； CD．物体在太空中处于完全失重状态，工作原理与重力有关的仪器将失效，天平的工作原理与重力有关，故无法用天平测量质量，用弹簧测力计测拉力的原理与重力无关，故仍能用弹簧测力计测拉力，故C错误，符合题意，D正确，不符合题意。 故选C。 5．（2025·四川资阳·一模）航天员在进行太空起飞前，会通过特殊设备模拟超重与失重的环境，而日常电梯的运动过程与这种模拟有相似之处。某次下课后，小红将体重计置于电梯内地板上，按好楼层后站在体重计上保持姿势不变，在之后的电梯运行过程中，她观察到体重计的示数随时间变化的图像如图所示。已知电梯从开始依次经历了三个阶段：由静止开始匀加速运动、匀速运动、匀减速运动直至时停止，取。下列说法正确的是（　　） A．在观察的这段时间内，不能确定小红的运动方向 B．在内，小红重力增加，处于超重状态；在内，小红重力减小，处于失重状态 C．小红在受到合外力冲量为 D．在内，的示数为 【答案】D 【详解】A．由图像可知，在内，物体做匀速直线运动， 在内，物体做加速运动，加速度为 加速运动的末速度为 在内，物体做匀减速直线运动，加速度 负号表示此时加速度的方向与时间内加速度的方向相反，由此判断开始加速度的方向向上，所以小红向上运动，故A错误。 B．在内，物体加速度向上，物体做加速运动，物体处于超重状态，但是物体重力不变，在内，物体做向上减速运动，物体处于失重状态，重力也不变，故B错误。 C．在内，物体做匀速直线运动，合力为0，所以合力冲量也为0，故C错误。 D．由A知，在内，加速度，根据牛顿第二定律有 代入数据解得，故D正确。 故选D。 6．（25-26高三上·四川绵阳·开学考试）结合课本和生活中出现的以下情景，下列说法正确的是（　　） A．图甲中木块对托盘的压力就是木块的总重力 B．图乙中伽利略利用该实验说明了“物体的运动不需要力来维持” C．图丙中A同学推动B同学时，A对B的作用力大于B对A的作用力 D．图丁中，王亚平在太空授课时处于完全失重状态，重力消失了 【答案】B 【详解】A．根据牛顿第三定律和平衡条件，可知图甲中木块对托盘的压力大小等于木块的总重力，但不能说压力是重力，故A错误； B．图乙是伽利略的理想斜面实验，说明运动不需要力维持，故B正确； C．A同学推动B同学时，A对B的作用力与B对A的作用力是相互作用力，总是等大反向，故C错误； D．在太空中完全失重，是人对支撑物的压力为0的现象，重力不会消失，故D错误。 故选 B。 角度03 娱乐设施中的超失重现象 7．（25-26高一上·四川凉山·期末）蹦极是一项惊险刺激的极限娱乐项目。如图所示，在体验者竖直下落过程中，不计空气阻力，以下判断正确的是（　　） A．当弹性绳拉力达到最大值时体验者处于超重状态 B．当弹性绳拉力与体验者重力大小相等时，体验者处于完全失重状态 C．弹性绳拉直前，体验者处于完全失重状态，所受重力为0 D．弹性绳拉直后，体验者受到弹性绳向上的拉力，一定处于超重状态 【答案】A 【详解】ABD．体验者竖直下落过程中，在弹性绳拉直后，当弹性绳拉力小于重力时，体验者向下加速运动；当弹性绳拉力等于重力时，体验者的加速度为0，速度达到最大；之后弹性绳拉力大于重力，体验者向下减速运动，故BD错误，A正确； C．弹性绳拉直前，体验者只受重力作用，加速度为重力加速度，体验者处于完全失重状态，故C错误。 故选A。 8．（25-26高一上·浙江衢州·期末）如图所示是游乐场的一种娱乐器械。环形座舱套装在竖直柱子上，座舱距地面80m的高处自由落下，当落到距地面35m的位置时制动系统启动，座舱做匀减速运动到地面时刚好停下，不计座舱与柱子间的摩擦力及空气阻力。若座舱中某乘客的质量为，下列说法正确的是（    ） A．该乘客体验完全失重的时间为4s B．该乘客全程的平均速度为15m/s C．当座舱距地面50m的位置时，该乘客对座舱的压力为490N D．当座舱距地面15m的位置时，该乘客对座舱的压力为630N 【答案】B 【详解】A．座舱从距地面80m下落至，做自由落体运动，加速度，处于完全失重状态，设所用时间为，速度为，根据运动学公式有， 解得，，故A错误； B．座舱从距地面到地面时刚好停下，做匀减速运动，加速度大小为 所用时间为 该乘客全程的平均速度为，故B正确； C．当座舱距地面50m的位置时，处于完全失重状态，该乘客对座舱的压力为0N，故C错误； D．当座舱距地面15m的位置时，做匀减速运动，加速度，方向向上，对乘客受力分析有 解得 根据牛顿第三定律可知，乘客对座舱的压力为,故D错误。 故选B。 9．（2024高二上·山东枣庄·学业考试）某大型娱乐器械可以让人体验超重和失重，其环形座舱套在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落；落到一定位置时，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列说法正确的是（　　） A．座舱自由下落的过程中人处于失重状态 B．座舱自由下落的过程中人处于超重状态 C．座舱下落的整个过程中人处于超重状态 D．座舱下落的整个过程中人处于失重状态 【答案】A 【详解】AB．座舱自由下落过程中，加速度向下，人处于失重状态。故A正确，B错误； CD．座舱下落到一定位置时，开始做减速运动，直到停下的过程加速度向上，人处于超重状态，则座舱下落的整个过程中人先处于失重状态，后处于超重状态。故CD错误。 故选A。 1．（2026·云南·高考真题）云南宣威尼珠河大峡谷的“青云电梯”为谷底孩子们上学提供了交通便利。若电梯由静止开始上升，用时，则此过程电梯的平均速度大小及电梯向上加速时乘客所处的状态分别为（     ） A．，超重 B．，超重 C．，失重 D．，失重 【答案】A 【详解】平均速度计算：根据平均速度定义式，代入位移、时间，可得 超重失重判断：电梯向上加速时加速度竖直向上，乘客处于超重状态。 故选A。 2．（2022·浙江·高考真题）如图所示，鱼儿摆尾击水跃出水面，吞食荷花花瓣的过程中，下列说法正确的是（   ）    A．鱼儿吞食花瓣时鱼儿受力平衡 B．鱼儿摆尾出水时浮力大于重力 C．鱼儿摆尾击水时受到水的作用力 D．研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作可把鱼儿视为质点 【答案】C 【详解】A．鱼儿吞食花瓣时处于失重状态，A错误； BC．鱼儿摆尾出水时排开水的体积变小，浮力变小，鱼儿能够出水的主要原因是鱼儿摆尾时水对鱼向上的作用力大于重力，B错误、C正确； D．研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作不可以把鱼儿视为质点，否则就无动作可言，D错误。 故选C。 3．（2025·浙江·高考真题）中国运动员以121公斤的成绩获得2024年世界举重锦标赛抓举金牌，举起杠铃稳定时的状态如图所示。重力加速度，下列说法正确的是（　　） A．双臂夹角越大受力越小 B．杠铃对每只手臂作用力大小为 C．杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对平衡力 D．在加速举起杠铃过程中，地面对人的支持力大于人与杠铃总重力 【答案】D 【详解】AB．杠铃的重力为 手臂与水平的杠铃之间有夹角，假设手臂与竖直方向夹角为，根据平衡条件可知 可知，双臂夹角越大，F越大；结合，解得杠铃对手臂的弹力，而杠铃对手臂的作用力是弹力和摩擦力的合力，可知杠铃对每只手臂作用力大小大于，AB错误； C．杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对相互作用力，C错误； D．加速举起杠铃，人和杠铃构成的相互作用系统加速度向上，系统处于超重状态，因此地面对人的支持力大于人与杠铃的总重力，D正确。 故选D。 二、实验题 4．（2024·全国甲卷·高考真题）学生小组为了探究超重和失重现象，将弹簧测力计挂在电梯内，测力计下端挂一物体。已知当地重力加速度大小为。 (1)电梯静止时测力计示数如图所示，读数为_____N（结果保留1位小数）； (2)电梯上行时，一段时间内测力计的示数为，则此段时间内物体处于_____（填“超重”或“失重”）状态，电梯加速度大小为_____ （结果保留1位小数）。 【答案】(1)5.0 (2) 失重 1.0 【详解】（1）由图可知弹簧测力计的分度值为0.5N，则读数为5.0N。 （2）[1]电梯上行时，一段时间内测力计的示数为，小于物体的重力可知此段时间内物体处于失重状态； [2]根据 根据牛顿第二定律 代入数据联立解得电梯加速度大小 一、单选题 1．（25-26高一下·云南昆明·期中）如图所示，蹦极运动员将专用弹性橡皮绳的一端固定在装置上，另一端系在双脚上，从高处跳下。弹性绳被拉伸前，运动员做自由落体运动。关于运动员从跳下到第一次下落到最低点的过程中，下列说法正确的是（　　） A．弹性绳刚伸直时，运动员的速度最大 B．运动员减速下落阶段，绳对运动员的拉力大于运动员对绳的拉力 C．运动员下落至最低点时加速度为0 D．运动员先处于失重状态，后处于超重状态 【答案】D 【详解】A．弹性绳刚伸直时，弹力，此时，合力向下，运动员继续加速，当时速度最大，故A错误； B．绳对运动员的拉力与运动员对绳的拉力是作用力与反作用力，大小始终相等，故B错误； C．运动员下落至最低点时，速度为0，弹力最大且，合力向上，加速度不为零，故C错误； D．运动员在加速度向下阶段处于失重状态，在加速度向上阶段处于超重状态，过程是先加速后减速，即先失重后超重，故D正确。 故选D。 2．（25-26高一下·湖南长沙·期中）北京首条无人机配送航线2024年8月16日在八达岭长城景区正式开通，为游客配送防暑降温、应急救援等物资。某品牌物流无人机进行降落送货。无人机从某一高度开始减速下降，其下降的高度（单位：m）与时间（单位：s）的关系式为，速度减为零时悬停在顾客面前。下列分析正确的是（　　） A．下降初速度为10m/s B．下降过程中加速度大小为 C．从减速开始计时，无人机经历了5 s后停下 D．无人机下落时处于完全失重状态 【答案】C 【详解】AB.由位移公式和题中对比得初速度，加速度满足，解得，故AB错误； C.无人机停止时间，故C正确； D.无人机下落时加速度竖直向上，处于超重状态，故D错误。 故选C。 3．（25-26高一下·陕西安康·期中）如图甲所示，一名举重运动员在水平放置的压力传感器上拿着举重杠铃进行体能训练，依次完成下蹲、站起动作，此过程中杠铃和手臂保持相对静止，某段时间内压力传感器的示数随时间变化的图像如图乙所示，重力加速度。下列说法正确的是（　　） A．该运动员的质量为100kg B．t1时刻，压力传感器对运动员的作用力小于运动员对压力传感器的作用力 C．时间内，该运动员先处于失重状态后处于超重状态 D．时间内，运动员完成了一次下蹲，站起动作 【答案】C 【详解】A．由图可知运动员和杠铃的总重力为，可知该运动员的质量小于，故A错误； B．由牛顿第三定律可知，任何时刻，压力传感器对运动员的作用力大小等于运动员对压力传感器的作用力大小，故B错误； C．时间内，压力传感器的示数先小于重力后大于重力，可知该运动员先处于失重状态后处于超重状态，故C正确； D．时间内，运动员完成的是下蹲动作，没有站起，故D错误。 故选C。 4．（25-26高一上·湖南长沙·学业考试模拟）图甲中的塔吊是现代工地必不可少的建筑设备，图乙为的建筑材料被吊车竖直向上提升过程的简化运动图像，取，下列判断正确的是（　　） A．前悬线的拉力恒为 B．末材料离地面的距离为 C．材料处于失重状态 D．在钢索最容易发生断裂 【答案】B 【详解】A．由图可知前内材料的加速度 由可知悬线的拉力为，故A错误； B．由图像面积可得整个过程上升的高度是 下降的高度为，46s末材料离地面的距离为22m，故B正确； C．材料加速度向上，处于超重状态，故C错误； D．因材料加速度向下，材料处于失重状态，，钢索不易发生断裂，故D错误。 故选B。 5．（25-26高一上·湖南长沙·学业考试模拟）某运动员（可看做质点）参加跳台跳水比赛，是其向上起跳离开跳台瞬间，其速度与时间关系图像如图所示。不计空气阻力。下列说法正确的是（    ） A．可以求出水池的深度 B．可以求出平台距离水面的高度 C．时间内，运动员处于超重状态 D．时间内，运动员处于失重状态 【答案】B 【详解】A．跳水运动员在跳水的过程中的图像不能反映是否到达水底，所以不能求出水池的深度，故A错误； B．因为图像中图线与横坐标轴围成的面积表示位移，因t2时刻到达水面，所以由该图像可以求出平台距离水面的高度，故B正确； C．时刻运动员向上起跳，说明速度是负值时表示速度向上，则知时间内运动员在向上做匀减速运动，时间内向下做匀加速直线运动，时间内，运动员一直在空中具有向下的加速度，处于失重状态，故C错误； D．由题图可知，时间内，运动员向下做减速运动，则加速度的方向向上，处于超重状态，故D错误。 故选B。 6．（25-26高一下·浙江·期中）2026年4月，我国蓝箭航天的朱雀三号可重复使用火箭成功完成一子级垂直回收试验。此次回收试验火箭的过程中，有关火箭的运动，下列说法正确的是（　　） A．火箭加速上升时，发动机推力等于火箭的重力 B．火箭在减速下降过程中处于失重状态 C．火箭悬停在空中准备着陆时，所受合力为零 D．火箭加速上升时，火箭的惯性不断增大 【答案】C 【详解】A．火箭加速上升时，加速度方向竖直向上。根据牛顿第二定律，合力方向与加速度方向一致，即合力向上。此时火箭受竖直向上的推力和竖直向下的重力，则合力。因合力向上，故，即发动机推力大于重力，故A错误。 B．火箭减速下降时，速度方向竖直向下，加速度方向与速度方向相反，即竖直向上。当物体加速度方向向上时，处于超重状态，故B错误。 C．火箭悬停在空中时，处于静止状态，速度为零且加速度为零。根据牛顿第二定律，加速度为零时合力，故C正确。 D．惯性是物体的固有属性，其大小仅由物体的质量决定，与运动状态无关。火箭加速上升过程中，若燃料燃烧导致质量减小，则惯性减小，故D错误。 故选C。 二、多选题 7．（25-26高一下·湖北恩施·期中）小明同学为了测试遥控飞行器性能，操控飞行器从地面沿竖直方向由静止起飞，上升到最高点后竖直下落，着陆时速度刚好为零。已知飞行器质量为1kg，其动力系统提供的升力方向始终竖直向上，所受空气阻力大小恒为2N，其运动的v-t图像如图所示，g取10m/s2，下列说法正确的是（　　） A．1s时飞行器升力大小为15N B．3s时飞行器处于失重状态 C．5s时飞行器加速度大小为4m/s2 D．8s时飞行器返回地面 【答案】BC 【详解】A．由图像的斜率表示加速度，可知时飞行器加速度大小为 根据牛顿第二定律可得 解得时飞行器升力大小为，故A错误； B．由图像可知飞行器在内向上减速运动，加速度方向向下，所以时飞行器处于失重状态，故B正确； C．由图像可知内向下加速运动，加速度大小为 则5s时飞行器加速度大小为4m/s2，故C正确； D．设时刻飞行器返回地面，根据图像与横轴围成的面积表示位移，则有 解得，故D错误。 故选BC。 8．（25-26高一下·山西运城·期中）蹦极运动可以简化为如图所示情景，人在点自静止开始下落，到点时弹性绳刚好伸直，点为人下落的最低点，不计空气阻力，则人从点下落至点过程中，下列说法正确的是（　　） A．在段，人处于失重状态 B．在段，人处于超重状态 C．在段，人的速度随时间均匀变化 D．在段，人的速度不断减小 【答案】AC 【详解】A．在AB段，人做自由落体运动，人处于失重状态，故A正确； BD．在BC段，一开始弹力小于重力，加速度向下，人向下加速运动，之后弹力大于重力，加速度向上，人向下减速运动，则人的速度先增大后减小，加速度方向先向下后向上，人先处于失重状态，后处于超重状态，故BD错误； C．在段，人做自由落体运动，根据可知，人的速度随时间均匀变化，故C正确。 故选AC。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $