第5章 第5节 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（鲁科版）

本高中物理讲义聚焦超重与失重核心知识点，从牛顿运动定律出发，通过弹簧测力计挂重物的实验观察（静止、匀速、加速运动时示数变化）引出概念，明确超重（拉力/压力大于重力，竖直向上加速度）、失重（小于重力，竖直向下加速度）及完全失重（a=g竖直向下）的产生条件，构建现象到本质的学习支架。 资料以实验探究为起点，通过观察与分析培养科学探究能力，结合电梯、跳水等生活实例及例题解析，提升科学推理与物理观念（运动与相互作用）的建构，配套判断题、对比表格及课时练习，课中辅助教师高效教学，课后助力学生查漏补缺，强化知识应用。

第5节　超重与失重 [学习目标]　1.理解超重、失重和完全失重现象，掌握产生超重、失重现象的条件(重点)。2.会利用牛顿运动定律分析超重与失重，并能进行相关计算(重难点)。 一、超重和失重 在弹簧测力计上挂一个重物，观察并记下静止时测力计的示数。 (1)让挂着重物的测力计缓缓地向上或向下做匀速运动，观察测力计的示数有无变化？ (2)使挂着重物的测力计突然竖直向上做加速运动(如图所示)，仔细观察在加速的瞬间测力计示数有无变化？ (3)使挂着重物的测力计突然竖直向下做加速运动，观察测力计示数的变化。 答案　(1)在静止和匀速直线运动状态下，测力计的示数保持不变。 (2)竖直向上加速运动时，测力计的示数变大。 (3)竖直向下加速运动时，测力计的示数变小。 1.超重现象 (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.失重现象 (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.完全失重现象 (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。 1.在超重或失重现象中，物体受到的重力大小是否改变？若人对座椅的压力为0，是否可以认为人所受的重力就为0？为什么？ 答案　重力大小不变。人对座椅的压力为0，处于完全失重状态，人受到的重力仍然不变。重力是由地球对人的引力产生的，与人对座椅的压力是否为0无关。 2.物体超重还是失重是与物体的速度有关还是与物体的加速度有关？ 答案　与物体的加速度有关：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。物体超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关。 (1)超重就是物体受到的重力增加了。(　×　) (2)物体处于完全失重状态时，物体的重力就消失了。(　×　) (3)物体处于超重状态时，物体一定在上升。(　×　) (4)举重运动员高举杠铃静止时处于超重状态。(　×　) (5)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。(　×　) (6)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　某同学手提一袋水果站在电梯内。在下列四种情形中，手受到的拉力最大的是(　　) A.电梯匀速上升 B.电梯匀速下降 C.电梯加速上升 D.电梯加速下降 答案　C 解析　电梯加速上升时水果处于超重状态，手受到的拉力最大，故选C。 例2　(多选)(2024·龙岩市高一期末)2024年8月6日，在巴黎奥运会跳水项目女子10米跳台决赛中，全红婵凭借“水花消失术”征服了评委和观众并获得冠军。如图所示为全红婵上升和下降的两个精彩瞬间，不计空气阻力，全红婵从离开跳台至入水前，下列说法正确的是(　　) A.全红婵运动到最高点时加速度为0 B.全红婵的速率先变小后变大 C.全红婵在下降阶段处于失重状态 D.全红婵离开跳台后上升阶段处于超重状态 答案　BC 解析　全红婵运动到最高点时，只受重力作用，加速度为重力加速度，故A错误；全红婵做竖直上抛运动，先向上减速再向下加速，故B正确；全红婵离开跳台后，无论是上升状态还是下降状态，都具有向下的加速度，均处于失重状态，故C正确，D错误。 例3　(2024·厦门外国语学校高一月考)图甲是某人站在接有传感器的地板上做下蹲、起跳和回落动作的示意图，图中的小黑点表示人的重心，图乙是地板所受压力随时间变化的图像，重力加速度g=10 m/s2，根据图像分析可知：b到c的过程中，人处于　　　　(选填“失重”“超重”“先失重再超重”或“先超重再失重”)状态，人上升的最大高度约为h=　　　　m(结果保留2位有效数字)。  答案　先失重再超重　0.31 解析　在b点时，人对地板的压力小于自身的重力，处于失重状态；在c点时，人对地板的压力大于自身的重力，处于超重状态；所以在b到c的过程中，人处于先失重再超重状态。 由题图乙可知，人在空中的运动时间t=0.5 s，所以上升的最大高度约为h=g()2=×10×()2 m=0.31 m。 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，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.超重或失重与速度无关。 例4　如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)。下列说法正确的是(　　) A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零 B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力 D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力 答案　A 解析　A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升还是下降过程，A对B均无压力，只有A选项正确。 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、失重的相关计算 在弹簧测力计上挂一重物，重物质量为m，重力加速度为g，若弹簧测力计竖直向上运动和竖直向下运动的加速度大小均为a，则这两种情况下弹簧测力计示数分别为多少？ 答案　竖直向上运动时对重物受力分析如图所示： 则T1-mg=ma 故示数为T1=m(g+a) 竖直向下运动时受力分析如图所示： mg-T2=ma 故示数为T2=m(g-a)。 例5　(来自教材)为了观察超重和失重现象，质量为50 kg的小红站在电梯内的体重计上，如图所示。求电梯处于下列运动状态时体重计的示数：(取重力加速度g=10 m/s2) (1)电梯匀速上升； (2)电梯以0.8 m/s2的加速度匀加速上升； (3)电梯以0.8 m/s2的加速度匀减速上升。 答案　(1)500 N　(2)540 N　(3)460 N 解析　(1)小红受重力mg和体重计的支持力N1，当电梯匀速上升时，由二力平衡知N1=mg=50×10 N=500 N，由牛顿第三定律可知，小红对体重计的压力为500 N，故体重计的示数为500 N。 (2)当电梯匀加速上升时，加速度方向竖直向上由牛顿第二定律有N2-mg=ma1，所以N2=m=50× N=540 N。由牛顿第三定律可知，小红对体重计的压力为540 N，则体重计的示数为540 N。 (3)当电梯匀减速上升时，加速度方向竖直向下，由牛顿第二定律有mg-N3=ma2，所以N3=m=50×(10-0.8) N=460 N。由牛顿第三定律知，小红对体重计的压力为460 N，则体重计的示数为460 N。 超重、失重的比较 特征状态 加速度 体重计示数(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、 竖直上抛运动 课时对点练　 [分值：60分] [1~6题，每题4分] 考点一　超重、失重的理解与判断 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.物体自由下落时处于完全失重状态，所以自由下落的物体不受重力 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化了，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；失重现象中地球对物体的实际作用力没有变化，完全失重时重力仍然没有变化，C错误，D正确。 2.(多选)(2024·宁德市高一期末)在一次课外探究活动中，一同学在电梯内水平放置一台秤，并在上面放一个重物，当电梯静止时，台秤的示数为8.0 N。在电梯运行过程的某段时间内，该同学观察到台秤的示数为9.6 N，在这段时间内，下列说法正确的是(　　) A.物体处于失重状态 B.物体处于超重状态 C.电梯可能是向下加速 D.电梯可能是向上加速 答案　BD 解析　由题意可知，物体的重力为8.0 N，在电梯运行过程的某段时间内，该同学观察到台秤的示数为9.6 N，可知此时物体对台秤的压力大于物体的重力，物体处于超重状态，则电梯的加速度方向向上，电梯可能向上加速运动，也可能向下减速运动。故选B、D。 3.(2023·宁德市高一开学考试)2021年4月29日11时23分，中国空间站天和核心舱在海南文昌航天发射场发射升空，准确进入预定轨道完成对接，对接好的空间站几乎处于“失重”状态，如果要在其中进行实验，下列实验操作不能正常进行的是(　　) A.用水银做托里拆利实验测标准大气压 B.用体温计测体温 C.探究杠杆的平衡条件实验 D.用弹簧测力计测量拉力 答案　A 解析　对接好的空间站几乎处于“失重”状态，必须依靠重力才能进行的实验都不能正常进行，用水银做托里拆利实验无法进行，因为水银不受重力，无法测定气压，A符合题意；用体温计测体温与重力无关，可以正常进行，B不符合题意；探究杠杆的平衡条件实验，可以不依靠重力进行探究，可以正常进行，C不符合题意；用弹簧测力计测量拉力时，可以不依靠重力进行测量，可以正常进行，D不符合题意。 4.(2024·福建师范大学附属中学高一期末)广州塔，昵称小蛮腰，总高度达600米，游客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台。若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t=0时由静止开始上升，以向上为正方向，a-t图像如图所示。则下列相关说法正确的是(　　) A.t=4.5 s时，电梯处于失重状态 B.5~55 s时间内，绳索拉力最小 C.t=59.5 s时，电梯处于超重状态 D.t=60 s时，电梯速度恰好为零 答案　D 解析　电梯在t=0时由静止开始上升，加速度向上，此时加速度a>0，t=4.5 s时，a>0，加速度向上，电梯处于超重状态，故A错误；5~55 s时间内，a=0，电梯处于平衡状态，绳索拉力等于电梯的重力，大于电梯失重时绳索的拉力，所以这段时间内绳索拉力不是最小，故B错误；t=59.5 s时，a<0，加速度方向向下，电梯处于失重状态，故C错误；根据a-t图像与横坐标轴所围的面积表示速度的变化量，由几何知识可知，60 s内a-t图像与坐标轴所围的面积为0，所以60 s内速度的变化量为0，而电梯的初速度为0，所以t=60 s时，电梯速度恰好为0，故D正确。 考点二　超重、失重的有关计算 5.在电梯内地板上放一体重计，电梯静止时，某同学站在体重计上，体重计示数为50 kg；电梯运动过程中，某一段时间内该同学发现体重计示数为40 kg，如图所示，则在这段时间内(g取10 m/s2)(　　) A.电梯以2 m/s2的加速度加速上升 B.电梯以2 m/s2的加速度减速上升 C.电梯以8 m/s2的加速度加速上升 D.电梯以8 m/s2的加速度减速上升 答案　B 解析　以竖直向下为正方向，有mg-F=ma，解得a=2 m/s2，方向竖直向下，则电梯以2 m/s2的加速度加速下降或减速上升，故B正确。 6.(多选)如图所示是某同学站在压力传感器上做“下蹲—起立”的动作时记录的压力F随时间t变化的图线(重力加速度g=10 m/s2)。由图可知，该同学(　　) A.体重约为800 N B.10 s内做了一次“下蹲—起立”的动作 C.10 s内做了两次“下蹲—起立”的动作 D.“下蹲—起立”过程的最大加速度大小约为7 m/s2 答案　BD 解析　由题图可知，该同学的体重约为650 N，故A错误；人下蹲动作有失重和超重两个过程。先是加速下降，处于失重，到达一个最大速度后再减速下降，处于超重；起立对应先超重再失重，结合题图可知，该同学10 s内做了一次“下蹲—起立”的动作，故B正确，C错误；由题图可知下蹲的过程中对压力传感器的最小压力约为180 N，所以该同学的最大加速度大小amax= m/s2≈7 m/s2，故D正确。 7.(4分)(2024·福州市九师教学联盟高一联考)一个质量为m的人站在竖直电梯中，电梯减速上升，加速度大小为(g为重力加速度)。人所受到的合力大小为　　　　　，此时人处于　　　　(选填“超重”或“失重”)状态。  答案　mg　失重 解析　由牛顿第二定律可得人所受到的合力大小为F=ma=mg 人随电梯减速上升，加速度向下，所以此时人处于失重状态。 [8~11题，每题5分] 8.(多选)(2024·漳州市高一期末)如图为运动员跳高时的精彩瞬间，则运动员(　　) A.蹬地起跳时地面对他的支持力大于他对地面的压力 B.蹬地起跳时地面对他的支持力等于他对地面的压力 C.在最高点时处于超重状态 D.在最高点时处于失重状态 答案　BD 解析　蹬地起跳时地面对运动员的支持力与运动员对地面的压力是作用力与反作用力，由牛顿第三定律知，两者大小相等，故A错误，B正确；在最高点只受重力，由牛顿第二定律mg=ma得a=g，方向竖直向下，故在最高点时处于失重状态，故C错误，D正确。 9.(多选)(2024·莆田二中高一月考)某人在地面上用体重计称得其体重为490 N，他将体重计移至电梯内称量，t0至t3时间段内，体重计的示数如图所示。若取竖直向上为正方向，则电梯运行的v-t和a-t图像可能正确的是(　　) 答案　AC 解析　由题图可知，在t0~t1时间内，体重计示数小于重力，人处于失重状态，则加速度方向向下，大小不变；可知电梯向上做匀减速运动，或向下做匀加速运动；在t1~t2时间内，体重计示数恰好等于重力，处于平衡状态，加速度为零，电梯向上或向下做匀速运动，在t2~t3时间内，体重计示数大于重力，人处于超重状态，加速度方向向上，大小不变，电梯向上做匀加速运动，或向下做匀减速运动，取竖直向上为正方向，可知电梯运动的v-t图像可能正确的是A，a-t图像可能正确的是C，B、D错误。 10.如图为体验超失重的巨型娱乐器械，环形座舱套装在竖直柱子上。某游客的座舱由升降机缓慢送到离地65 m的高度处，然后让座舱自由下落，落到离地面20 m时，制动系统启动，座舱做匀减速运动到地面时刚好停下，重力加速度g取10 m/s2，则(　　) A.游客此次体验完全失重的时间为2 s B.游客此次体验超重的时长少于失重的时长 C.自由下落时完全失重，游客所受座椅支持力等于其重力 D.制动过程中，游客的加速度大小为30 m/s2且处于超重状态 答案　B 解析　完全失重下落的高度为h1=65 m-20 m=45 m，根据h1=g，解得完全失重的时间为t1=3 s，A错误；制动后匀减速，加速度向上，游客处于超重状态，刚开始做减速运动时的速度为v=gt1=30 m/s，根据0-v2=-2ah2，解得匀减速时的加速度大小为a=22.5 m/s2，时间为t2== s<t1，B正确，D错误；自由下落时完全失重，游客只受重力，所受座椅支持力为0，C错误。 11.如图所示，质量为M的斜面体始终处于静止状态，重力加速度为g，当质量为m的物体以加速度a沿斜面加速下滑时有(　　) 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.由于不知道a的具体数值，无法判断地面对斜面体的支持力的大小与(M+m)g的关系 答案　C 解析　对斜面体和物体组成的系统分析，当物体具有向下的加速度而斜面体保持静止时，可以认为系统的重心向下加速运动，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(M+m)g，故选C。 12.(12分)神舟十七号在2023年10月26日成功发射，汤洪波、唐胜杰、江新林三名航天员在太空中进行为期6个月的在轨驻留。火箭在发射时向上的加速度很大，有一段时间的加速度a将达到3.5g(g=10 m/s2)。 (1)(3分)火箭加速向上时，航天员将承受超重考验还是失重考验？ (2)(4分)平时重力G=10 N的体内脏器，在这段时间内需要支持力F多大？ (3)(5分)假设神舟十七号归来时，返回舱距地面一定高度时开始启动降落伞装置，在距地面高度h=1.25 m时，速度为v=10 m/s，返回舱的缓冲发动机开始向下喷气，舱体再次减速。设最后减速过程中返回舱做匀减速直线运动，并且到达地面时恰好速度为0，求最后减速阶段中质量m=60 kg的航天员对座椅的压力为多大？ 答案　(1)超重　(2)45 N　(3)3 000 N 解析　(1)火箭加速向上时，加速度方向竖直向上，航天员将承受超重考验。 (2)由题意可知，体内脏器的质量m脏==1 kg， 对体内脏器，由牛顿第二定律得 F-m脏g=m脏a 解得在该段时间内体内脏器需要支持力 F=45 N (3)返回舱在减速阶段，由运动学知识可得 0-v2=-2a1h 故返回舱的加速度大小为 a1=40 m/s2 对航天员，由牛顿第二定律得 N-mg=ma1 解得航天员在该过程受到座椅的支持力为 N=3 000 N 由牛顿第三定律得，航天员对座椅的压力为 N'=3 000 N。 学科网（北京）股份有限公司 $