第四章 7 超重与失重（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高一物理必修第一册学习笔记（教科版）

本高中物理讲义聚焦“超重与失重”核心知识点，从生活体验出发，通过弹簧测力计实验观察引入，系统梳理超重、失重及完全失重的定义、产生条件，明确视重与实重的区别，构建从现象到概念再到牛顿运动定律解释的学习支架。 该资料以科学探究为导向，设计实验问题引导观察，通过对比表格梳理状态特征，结合蹦极、容器漏水等典型例题培养科学思维，课中辅助教师引导学生理解加速度与状态关系，课后通过分层练习帮助学生查漏补缺，强化运动与相互作用的物理观念。

7　超重与失重 [学习目标]　1.通过生活实际，体验超重和失重现象。2.知道产生超重和失重的条件，能用牛顿运动定律解释生活中的超重和失重现象，并能进行有关计算(重点)。 一、超重和失重的理解 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。 (4)何时弹簧测力计示数等于物体的重力？ 答案　(1)弹簧测力计示数变大了。 (2)弹簧测力计的示数变小了。 (3)弹簧测力计示数变为零。 (4)当弹簧测力计测物体重力时，静止或匀速时，测力计示数等于物体的重力。 1.超重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)大于物体所受重力的现象。 (2)产生条件：物体具有竖直向上(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。 2.失重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)小于物体所受重力的现象。 (2)产生条件：物体具有竖直向下(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。 3.完全失重 (1)定义：物体对悬挂物的拉力(或对支持物的压力)等于零的现象。 (2)产生条件：a＝g，方向竖直向下。 4.视重与实重 (1)视重：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。 (2)实重：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。 1.有同学认为物体处于超重或失重状态时，其重力增大或减小了，这种认识正确吗？ 答案　当物体处于超重或失重状态时，物体的重力没有变化，只是视重变了。 2.超重、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运动 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运动 完全失重 a＝g F＝0 自由落体运动、竖直上抛运动 (1)物体处于完全失重状态时，物体的重力就消失了。(　×　) (2)物体处于超重状态时，物体一定在上升。(　×　) (3)举重运动员高举杠铃静止时处于超重状态。(　×　) (4)跳高运动员上升过程处于超重状态，下落过程处于失重状态。(　×　) (5)不计空气阻力，抛向空中的矿泉水瓶中的水，对侧壁和底部的压力都为零。(　√　) 例1　(2023·内江市高一期末)蹦极是一项刺激的运动，如图所示，人的运动过程简化为从O点开始下落，在A点弹性绳刚好伸直，B点速度达到最大，下落到最低点C点后向上弹回。忽略空气阻力，则在人下落过程中(　　) A.人在OA阶段，做自由落体运动，处于超重状态 B.人在AB阶段，向下做加速运动，处于超重状态 C.人在BC阶段，向下做减速运动，处于失重状态 D.当弹性绳被拉到最长时，人的速度为零，处于超重状态 答案　D 解析　由题意可知人在OA阶段，做自由落体运动，处于完全失重状态，故A错误； 由题意可知B点速度达到最大，此时加速度为零，人在AB阶段，人的重力大于弹性绳的弹力，向下做加速运动，处于失重状态，故B错误； 人在BC阶段，弹性绳的弹力大于人的重力，人向下做减速运动，加速度向上，处于超重状态，故C错误； 当弹性绳被拉到最长时，人的速度为零，此时弹性绳的弹力大于人的重力，人的加速度向上，处于超重状态，故D正确。 判断超重、失重状态的方法 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。 例2　(2024·泸州市高一期末)如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔。静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，则(　　) A.容器自由下落时，小孔向下漏水 B.将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水 C.将容器竖直向上抛出，不管是容器向上运动，还是向下运动，小孔都向下漏水 D.将容器竖直向上抛出，不管是容器向上运动，还是向下运动，小孔都不向下漏水 答案　D 解析　无论是让容器自由下落，还是将容器竖直上抛，水和容器都是处于完全失重状态，运动情况相同，水都不会漏下来，所以A、B、C错误，D正确。 1.完全失重状态的说明：在完全失重状态下，平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失，比如物体对支持物无压力、摆钟停止摆动、液柱不再产生向下的压强等，靠重力才能使用的仪器将失效，不能再使用(如天平、液体压强计等)。 2.完全失重时重力本身没有变化。 二、超重、失重的有关计算 例3　升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20 kg的物体(g取10 m/s2)，则： (1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？ (2)当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？ (3)当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的压力大小是多少？ (4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？ 答案　(1)200 N　(2)超重　220 N (3)失重　100 N　(4)0 解析　(1)当升降机匀速上升时，N＝mg＝200 N，根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为200 N。 (2)当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态，根据牛顿第二定律有N'－mg＝ma1，解得N'＝220 N，由牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为220 N。 (3)当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，加速度方向向下，物体处于失重状态，根据牛顿第二定律mg－N″＝ma2 解得N″＝100 N，由牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为100 N。 (4)当升降机自由下落时，加速度等于重力加速度，则物体处于完全失重状态，则物体对台秤的压力为0。 例4　(2024·成都市高一期末)如图，体重为50 kg的小明在乘坐电梯时，手里拿着一个由轻质弹性细绳和质量为0.1 kg的小球构成的玩具，此时他发现轻质弹性细绳的伸长量为电梯静止时的，重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是(　　) A.小明处于超重状态 B.小明对电梯地板的压力大小为501 N C.电梯可能加速下降，加速度大小为8 m/s2 D.电梯可能减速上升，加速度大小为2 m/s2 答案　D 解析　电梯静止不动时，小球受力平衡，有mg＝kx，电梯运行时，轻质弹性细绳的伸长量比电梯静止时小，说明弹力变小了，由牛顿第二定律有mg－kx＝ma，解得加速度大小为a＝g＝2 m/s2，方向竖直向下，所以电梯可能加速下降或减速上升，小明处于失重状态，A、C错误，D正确；对小明和玩具构成的系统进行受力分析，由牛顿第二定律有m'g－N＝m'a，电梯地板对小明的支持力大小为N＝m'g－m'a＝501 N－100.2 N＝400.8 N，由牛顿第三定律可知，小明对电梯地板的压力大小为400.8 N，B错误。 三、超重和失重的综合应用 1.若加速度方向向上(或斜向上)，物体处于超重状态；若加速度方向向下(或斜向下)，物体处于失重状态。 2.若系统中某一部分有向上或向下的加速度，则系统整体也处于超重或失重状态。 例5　如图所示，质量为M的斜面体始终处于静止状态，当质量为m的物体以加速度a沿斜面加速下滑时有(重力加速度为g)(　　) A.地面对斜面体的支持力大于(M＋m)g B.地面对斜面体的支持力等于(M＋m)g C.地面对斜面体的支持力小于(M＋m)g D.由于不知a的具体数值，无法计算地面对斜面体的支持力的大小 答案　C 解析　对斜面体和物体组成的系统，当物体具有向下的加速度而斜面体保持平衡时，可以认为系统的重心向下运动，故系统具有向下的加速度，处于失重状态，所受到的地面的支持力小于系统的重力。 课时对点练 [分值：60分] 　[1~5题，每题4分] 考点一　超重和失重的理解 1.下列关于失重的说法中，正确的是(　　) A.失重就是物体所受重力变小 B.物体加速上升时处于失重状态 C.物体自由下落时不会产生失重现象 D.失重现象中地球对物体的实际作用力没有变化 答案　D 解析　当物体处于超重或失重状态时，物体的重力并没变，只是对支持物的压力或者对悬挂物的拉力变了，A错误；物体加速上升时加速度的方向向上，处于超重状态，B错误；物体自由下落时加速度的方向向下，产生失重现象，C错误；失重现象中地球对物体的实际作用力没有变化，只是物体对支持物的压力或者对悬挂物的拉力变了，D正确。 2. (多选)(2023·德阳市高一期末)如图所示，某高中生在自家小区住宅楼的一客梯内研究超重和失重现象，将质量为1 kg的物体悬挂在弹簧测力计上，观察到测力计示数稳定为12 N，g取10 m/s2，则该客梯当前状态及运行情况是(　　) A.该客梯处于失重状态 B.该客梯处于超重状态 C.该客梯可能向下做匀减速直线运动 D.该客梯可能向下做匀加速直线运动 答案　BC 解析　由于观察到测力计示数比物体的重力大，故该客梯处于超重状态，A错误，B正确；由牛顿第二定律F－mg＝ma，该客梯有向上的加速度，该客梯可能向下做匀减速直线运动或向上做匀加速直线运动，C正确，D错误。 3. (2024·成都市高一期末)为探究超重与失重现象，某学习小组将实际重力为1.0 N的钩码悬挂于DIS拉力传感器下方，若钩码随装置由静止开始在竖直方向上运动，得到的F－t图像如图所示，a、b、c、d为图中四点，则下列说法正确的是(　　) A.a点时刻钩码在向下加速 B.b点时刻钩码在向上减速 C.c点时刻钩码具有向上的加速度 D.d点时刻钩码处于失重状态 答案　B 解析　a点时刻拉力传感器示数大于钩码的重力，且钩码随装置由静止开始运动，则钩码随装置向上做加速运动，故A错误；b点时拉力传感器的示数小于重力，说明钩码处于失重状态，结合运动的对称性可知，b点时刻钩码在向上减速，故B正确；由题图可知，c点时拉力传感器的示数小于重力，钩码处于失重状态，加速度的方向向下，故C错误；d点时拉力传感器的示数大于重力，钩码处于超重状态，故D错误。 考点二　超重、失重的有关计算 4.(多选)质量为m的人站在电梯中，电梯减速下降，加速度大小为g(g为重力加速度)，则(　　) A.人对电梯的压力大小为mg B.人对电梯的压力大小为mg C.人处于超重状态 D.人处于失重状态 答案　BC 解析　由于电梯减速下降，所以加速度向上，则人处于超重状态，对人受力分析，受到重力mg、电梯底部的支持N，由牛顿第二定律得N－mg＝ma，解得N＝mg，根据牛顿第三定律，知人对电梯的压力大小为mg，故A、D错误，B、C正确。 5. (2024·达州市高一期末)某同学设计制作了一个“竖直加速度测量仪”来测定电梯的加速度，其结构如图所示，轻弹簧和刻度尺上端都固定在木箱的顶部。弹簧自然伸长时，指针指在1.00 cm处，当下端挂一个质量为0.1 kg的小球，小球静止时指针指在3.00 cm处。现在将该测量仪安装在一运行的电梯中使用，规定竖直向下为正方向，弹簧始终在弹性限度内，重力加速度g取10 m/s2，下列说法正确的是(　　) A.若电梯向上加速运动，指针所指刻度小于3.00 cm B.指针指在4.00 cm时，电梯处于失重状态 C.指针指在2.00 cm时，电梯的加速度大小为5 m/s2 D.电梯加速度越大，指针对应的刻度越大 答案　C 解析　若电梯向上加速运动，小球处于超重状态，则指针所指刻度大于3.00 cm，选项A错误；指针指在4.00 cm时，弹力大于重力，加速度向上，则电梯处于超重状态，选项B错误；指针指在3.00 cm时小球平衡，则mg＝k(x1－x0)，指针指在2.00 cm时，由牛顿第二定律得mg－k(x2－x0)＝ma，电梯的加速度大小为a＝5 m/s2，选项C正确；电梯向上的加速度越大，指针对应的刻度越大；电梯向下的加速度越大，指针对应的刻度越小，选项D错误。 6.(10分)(2023·绵阳市高一期末)质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，当升降机做下列各种运动时，体重计的读数是多少？处于什么状态？(g取10 m/s2) (1)(3分)升降机匀速上升； (2)(3分)升降机以3 m/s2的加速度加速上升； (3)(4分)升降机以4 m/s2的加速度加速下降。 答案　(1)60 kg，平衡状态　(2)78 kg，超重状态　(3)36 kg，失重状态 解析　人站在升降机中的体重计上，受重力和体重计向上的支持力。 (1)当升降机匀速上升时，由牛顿第二定律得N－G＝0 所以人受到的支持力N＝600 N 根据牛顿第三定律得，人对体重计的压力大小为600 N， 故体重计的示数为60 kg，处于平衡状态。 (2)当升降机以3 m/s2的加速度加速上升时，由牛顿第二定律得N－G＝ma 解得N＝780 N 由牛顿第三定律得，人对体重计的压力大小为780 N，故此时体重计的示数为78 kg，支持力大于人的重力，人处于超重状态。 (3)当升降机以4 m/s2的加速度加速下降时，由牛顿第二定律得G－N＝ma 解得N＝360 N 由牛顿第三定律得，人对体重计的压力大小为360 N，故此时体重计的示数为36 kg，支持力小于人的重力，人处于失重状态。 　[7~9题，每题6分] 7. (多选)(2024·广元市高一期末)原来做匀速运动的升降机内有一被伸长弹簧拉住的具有一定质量的物体A静止在地板上，如图所示，现发现A突然被弹簧拉向右方，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。由此可判断，此时升降机做的运动可能是(　　) A.加速上升 B.减速上升 C.加速下降 D.减速下降 答案　BC 解析　当升降机静止时，地板对物体的静摩擦力与弹簧的弹力平衡，且该静摩擦力小于或等于最大静摩擦力。当升降机有向下的加速度时，物体对地板的正压力减小，最大静摩擦力减小，这时的最大静摩擦力小于弹簧的弹力，只有在这种情况下物体A才可能被拉向右方。故升降机做的运动可能是减速上升或加速下降，故选B、C。 8. (多选)(2024·雅安市高一开学考试)如图是某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线，纵坐标为压力，横坐标为时间，重力加速度g取10 m/s2。由图线可知，该同学的体重约为650 N。除此以外，还可以得到以下信息(　　) A.0~2 s该同学完成一次站起动作 B.0~2 s该同学完成一次下蹲动作 C.0~4 s该同学完成两组下蹲—起立动作 D.该同学下蹲时最大加速度约为7 m/s2 答案　BD 解析　下蹲过程应先向下加速后向下减速，先失重后超重；起立过程应先向上加速后向上减速，先超重后失重；根据图线可知，0~2 s该同学先失重后超重，完成一次下蹲动作，故B正确，A错误；0~4 s该同学先失重后超重，然后再超重后又失重，故完成一组下蹲—起立动作，故C错误；该同学的质量约为m＝ kg＝65 kg，根据牛顿第二定律可知，该同学下蹲时最大加速度为am＝ m/s2≈7 m/s2，故D正确。 9. 幼儿园新买进一台质量为M的滑梯，摆放在水平的操场上，如图所示。一个质量为m的小朋友从左边的阶梯匀速爬上顶端，再从右边的滑梯加速滑下来，在此过程中滑梯一直静止不动。已知重力加速度为g，空气阻力可忽略不计，则以下说法正确的是(　　) A.小朋友匀速爬上阶梯时，地面对滑梯的支持力大于(M＋m)g B.小朋友匀速爬上阶梯时，地面对滑梯有水平向右的摩擦力 C.小朋友加速下滑时，地面对滑梯的支持力大于(M＋m)g D.小朋友加速下滑时，地面对滑梯有水平向右的摩擦力 答案　D 解析　小朋友匀速爬上阶梯时，滑梯和小朋友都处于平衡状态，地面对滑梯的支持力等于(M＋m)g，故A错误；小朋友匀速爬上阶梯时，滑梯和小朋友都处于平衡状态，以滑梯和小朋友整体为研究对象，水平方向没有其他力的作用，则地面对滑梯没有摩擦力，故B错误；小朋友加速下滑时，小朋友有竖直向下的分加速度，所以小朋友处于失重状态，所以地面对滑梯的支持力小于(M＋m)g，故C错误；小朋友加速下滑时，小朋友有水平向右的加速度，则在水平方向，滑梯对小朋友的合力向右，则水平方向上小朋友对滑梯的合力向左，滑梯静止不动，根据平衡条件知地面对滑梯有水平向右的摩擦力，故D正确。 10. (12分)将质量为m的金属块用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱子中，如图所示，在箱子的上顶板和下底板装有压力传感器，箱子可以沿竖直轨道运动。当箱子以2.0 m/s2加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的压力传感器显示的压力N为7.2 N，下底板的压力传感器显示的压力F为12.0 N(g取10 m/s2)。 (1)(4分)求金属块的质量m为多少？ (2)(4分)若上顶板的压力传感器的示数是下底板的压力传感器示数的一半，试判断箱子的运动情况。 (3)(4分)上顶板的压力传感器的示数为零时(金属块未脱离上顶板)，金属块处于超重状态还是失重状态，箱子沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？ 答案　(1)0.6 kg　(2)箱子做匀速直线运动　(3)超重　箱子向上加速或向下减速，加速度大小为10 m/s2 解析　(1)由题意可知，金属块所受竖直向下的压力值等于上顶板压力传感器示数N＝7.2 N，金属块所受竖直向上的弹力值等于下底板压力传感器示数F＝12.0 N。当a＝2.0 m/s2，方向竖直向下时、对金属块有N＋mg－F＝ma，代入数据解得m＝0.6 kg (2)若上顶板压力传感器示数为下底板压力传感器示数的一半，因为弹簧形变量没有改变，所以下底板压力传感器示数不变，根据牛顿第二定律得F－mg－N'＝ma'，代入数据解得a'＝0，知箱子做匀速直线运动； (3)上顶板压力传感器示数恰好为零(即上顶板与金属块接触但不挤压)，此时下底板压力传感器示数仍然不变，有F－mg＝ma″，解得a″＝10 m/s2，方向向上，金属块处于超重状态，箱子沿竖直轨道向上加速或向下减速，加速度大小为10 m/s2。 学科网（北京）股份有限公司 $