第4章第6节超重和失重-【创新教程·五维课堂】2026-2027学年高中物理必修第一册同步课件PPT（人教版）

2026-09-21

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摘要：

该高中物理课件聚焦“超重和失重”核心知识点，通过电梯体验、“天宫一号”水球实验等生活情境导入，衔接牛顿第二定律，以自主预习、合作探究为支架，帮助学生构建加速度与视重关系的物理观念。其亮点在于以科学思维为核心，通过实验归纳实重与视重模型，结合苹果落水、电梯运动等实例进行科学推理，易错点分析培养质疑能力。学生能深化物理观念，教师可依托结构化流程提升教学效率。

内容正文：

第6节　超重和失重第四章运动和力的关系下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册自主预习探新知合作探究攻重难 01 02 课堂自测夯基础 03 课后素养提升练 04 第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册自主预习探新知下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册合作探究攻重难下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册课堂自测夯基础下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册课时作业下一页上一页返回导航第四章运动和力的关系物理·必修第一册学习目标核心素养 1.知道超重、失重和完全失重现象，会根据条件判断超重、失重现象(重点) 2.能用牛顿第二定律解决有关超重和失重的问题(难点) [基础梳理] [知识点1]　重力的测量　 1．方法一：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　，利用牛顿第二定律可得：G＝　mg　。 2．方法二：利用力的平衡条件对重力进行测量，将待测物体悬挂或放置在测力计上，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支持力的大小　相等　，测力计的示数反映了物体所受的重力　大小　。 [知识点2]　超重和失重　 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　物体所受重力的现象，叫作失重(weightlessness)现象。 (2)产生条件：物体具有　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　物体所受重力的现象，叫作超重(overweight)现象。 (2)产生条件：物体具有　竖直向上　的加速度。 3．完全失重 (1)定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有　作用力　，这种现象被叫作完全失重状态。 (2)产生条件：加速度a＝　g　，方向　向下　。 [自我检测] 1．思维辨析 (1)物体向上运动时一定处于超重状态。(×) (2)物体减速向下运动时处于失重状态。(×) (3)物体处于失重状态时重力减小了。(×) (4)超重就是物体的重力变大的现象。(×) (5)减速上升的升降机内的物体对地板的压力小于重力。(√) (6)做自由落体运动的物体处于完全失重状态。(√) 2．基础理解 (1)如图所示，我国首次太空授课在距地球300多千米的“天宫一号”上举行，关于航天员王亚平在“天宫一号”上所做的“水球”。下列说法正确的是(　　) A．“水球”的形成是因为太空中物体不受重力 B．“水球”处于失重状态 C．“水球”处于超重状态 D．在“天宫一号”上可以利用体重计称量航天员的质量解析：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)人站在体重计上静止时，体重计的示数就显示了人的体重。人从站立状态到完全蹲下，体重计的示数如何变化？为什么会发生这样的变化？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，再还原对超重与失重现象的理解 ◆[探究导引] 你乘坐过高速电梯吗？电梯在启动、停止的过程中你有怎样的感受？将你的体验与同学交流一下，体会其中蕴含的物理规律。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] 1．实重与视重 (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．超重与失重 (1)超重：“视重”大于“实重”的现象 (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。 (2)发生超重或失重现象与物体的速度方向无关，只取决于物体加速度的方向。加速度向上则“超重”，加速度向下则“失重”。 (3)在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都完全消失，比如物体对桌面无压力，单摆停止摆动，浸在水中的物体不受浮力等。靠重力才能使用的仪器，也不能再使用，如天平、液体气压计等。 [例1]　如图所示，苹果自空中竖直落入深水中，到达某一深度后又返回到水面，下列说法正确的是(　　) A．苹果在空中下落时处于“超重”状态 B．苹果落入水中后“重力”变小了 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。 [解析]　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。] [规律方法] (1)无论超重、失重、完全失重，变化的只是视重，实际重力不变。 (2)决定超重还是失重的是加速度的方向，与速度方向无关。 ◆[跟踪训练] 1．金属小桶侧面有一小孔A，当桶内盛水时，水会从小孔A中流出。如果让装满水的小桶自由下落，不计空气阻力，则在小桶自由下落过程中(　　) A．水继续以相同的速度从小孔中喷出 B．水不再从小孔喷出 C．水将以更大的速度喷出 D．水将以较小的速度喷出解析：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。] 超重与失重现象的分析处理 ◆[探究导引] (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？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] 1．产生超重、失重现象的原因 (1)产生超重的原因当物体具有向上的加速度a时，支持物对物体的支持力(或悬绳的拉力)为F。由牛顿第二定律可得：F－mg＝ma，所以F＝m(g＋a)>mg，由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)F′>mg。 (2)产生失重现象的原因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　特征状态　加速度视重(F)与重力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，向下减速失重向下 F＝m(g－a)<mg 向下加速，向上减速完全失重 a＝g F＝0 自由落体运动、抛体运动、环绕地球正常运行的卫星等 [例2]　如图所示，一质量为m＝40 kg的小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0～6 s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10 m/s2) 思路引导：由图像信息分析电梯在不同阶段的受力情况并确定电梯的加速度，再根据运动学公式列方程求解。 [解析]　小孩重力为G＝400 N，由题图知，在0～2 s内，F1＝440 N，F1>G，电梯匀加速上升，则有 a1＝eq \f(F1－G,m)＝1 m/s2，h1＝eq \f(1,2)a1teq \o\al(2,1)＝2 m t1＝2 s时，v＝a1t1＝2 m/s 在2～5 s内，F2＝400 N，F2＝G，电梯匀速上升，则有h2＝vt2＝6 m，在5～6 s内，F3＝320 N，F3<G，电梯匀减速上升，则有a3＝eq \f(G－F3,m)＝2 m/s2，又v－a3t3＝0，说明电梯在6 s末停止，故h3＝eq \f(v,2)t3＝1 m，所以电梯上升的高度为h＝h1＋h2＋h3＝9 m。 [答案]　9 m [规律方法]　结合图像分析求解超重与失重问题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，并应用相关物理规律求解。 ◆[跟踪训练] 2．如图所示，一个质量M＝50 kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，测力计下挂着一个质量m＝5 kg的物体A。当升降机向上运动时，她看到弹簧测力计的示数为40 N，g＝10 m/s2，求： (1)升降机的加速度； (2)此时人对地板的压力。解析：(1)对A受力分析，根据牛顿第二定律得： mg－F弹＝ma，得a＝g－eq \f(F弹,m)＝eq \b\lc$\rc$(\a\vs4\al\co1(10－\f(40,5)))m/s2＝2 m/s2，则升降机的加速度为2 m/s2，方向向下。 (2)对人分析，根据牛顿第二定律得：Mg－FN＝Ma 解得：FN＝Mg－Ma，＝50×(10－2)N＝400 N，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)2 m/s2，方向向下 (2)400 N　竖直向下 ◆[课堂小结] 易错点：受思维定势的影响，未作好状态分析致错 [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度的平方成正比，且运动过程中箱子始终保持图示姿态。在箱子下落过程中，下列说法正确的是(　　) A．箱内物体对箱子底部始终没有压力 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，对题干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－FN＝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－kv2＝(M＋m)a，随着下落速度的增大，加速度越来越小，对物体应用牛顿第二定律得mg－FN＝ma，随着加速度的减小，物体受到的支持力越来越大，由牛顿第三定律可得物体对箱子底部的压力也越来越大，故A错，C对；若下落距离足够长，最后重力与阻力平衡，加速度a为零，箱子将做匀速直线运动，此时对物体有mg＝FN，因此物体不可能“飘起来”，故D错。 [答案]　C [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为零；二是运动中F阻＝kv2；三是当下落距离足够长时，两者最终将做匀速运动。做好受力分析及运动状态的分析，是正确求解问题的前提。 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，其重力都没有变化解析：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．(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50 kg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＝10 m/s2，由此可判断(　　) A．乘客处于超重状态 B．电梯可能加速下降，加速度大小为2.5 m/s2 C．电梯可能减速上升，加速度大小为5 m/s2 D．乘客对电梯地板的压力为325 N 解析：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＝kx，电梯运行时，有mg－k·eq \f(3,4)x＝ma，联立解得a＝2.5 m/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－FN＝Ma，解得FN＝375 N，根据牛顿第三定律可知，乘客对电梯地板的压力为375 N，D错误。] 3．如图所示是我国长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景。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解析：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．如图所示，小芳在体重计上完成下蹲动作。下列F－t图像能反映体重计示数随时间变化的是(　　 ) 解析：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．质量为60 kg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5 m/s2，则体重计的读数应为(g取10 m/s2)(　　 ) A．60 kg　　　　　　　B．90 kg C．65 kg D．30 kg 解析：B　[当电梯静止时体重计示数为mg，所以此时体重计读数为：F1＝60×10 N＝600 N。当电梯以5 m/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－mg＝ma，得：F2＝m(g＋a)＝60×(5＋10) N＝900 N。由牛顿第三定律得知，人对体重计的压力大小为F′2＝F2＝900 N。则显示人的质量为：m＝eq \f(900,10) kg＝90 kg。] 6．一质量为m＝40 kg的小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0～6 s内体重示数F的变化如图所示。取重力加速度g取10 m/s2，求：在这段时间内电梯上升的高度是多少。解析：在0～2 s内，电梯做匀加速运动，根据牛顿第二定律得： a1＝eq \f(F－mg,m)＝eq \f(600－40×10,40) m/s2＝5 m/s2，电梯上升的高度 h1＝eq \f(1,2)a1teq \o\al(2,1)＝eq \f(1,2)×5×22 m＝10 m；2 s末速度为v＝a1t1＝5×2 m/s＝10 m/s；中间t2＝3 s时间内，电梯做匀速运动，电梯上升的高度 h2＝vt2＝10×3 m＝30 m；最后1 s内做匀减速运动，加速度大小 a2＝eq \f(mg－F2,m)＝eq \f(40×10－320,40) m/s2＝2 m/s2，在这段时间内电梯上升的高度h3＝vt3－eq \f(1,2)a2teq \o\al(2,3)＝eq \b\lc$\rc$(\a\vs4\al\co1(10×1－\f(1,2)×2×12)) m＝9 m；则电梯上升的总高度h＝h1＋h2＋h3＝49 m。答案：49 m $

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