第四章 6 超重和失重（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（人教版 江苏北京标准版）

本高中物理讲义聚焦“超重和失重”核心知识点，先通过牛顿第二定律和力的平衡条件两种方法夯实重力测量基础，再以电梯中体重计示数变化为情境引入现象，结合受力分析推导超重（加速度向上）、失重（加速度向下）及完全失重（a=g）的条件，形成从基础到应用的学习支架。 该资料以电梯、蹦床、升降机等真实情境构建物理模型，通过科学推理分析压力与重力关系，培养科学思维。设置判断题辨析概念误区，例题与分层练习结合，课中助教师引导探究，课后方便学生回顾强化，有效查漏补缺提升应用能力。

6　超重和失重 [学习目标]　1.熟练掌握测量重力的两种方法(重点)。2.掌握什么是超重和失重现象，理解超重和失重现象的本质(重点)。3.会利用牛顿运动定律分析超重和失重的问题(重难点)。 一、重力的测量 1.方法一：利用牛顿第二定律 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m，利用牛顿第二定律可得G=mg。 2.方法二：利用力的平衡条件 将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。这时物体受到的重力的大小等于测力计对物体的拉力或支持力的大小。 二、超重和失重 如图，质量为m的人站在电梯内的体重计上，电梯上升过程中经历加速、匀速和减速的过程，在加速和减速上升的过程中，体重计的示数(反映了人对体重计的压力)会发生变化。设加速上升和减速上升时加速度的大小均为a，重力加速度为g，试分析判断： (1)电梯加速上升时，体重计对人的支持力与人的重力的大小关系； (2)电梯减速上升时，体重计对人的支持力与人的重力的大小关系。 答案　(1)电梯加速上升时，对人受力分析如图甲所示 由牛顿第二定律得FN-mg=ma 得FN=mg+ma>mg (2)电梯减速上升时，对人受力分析如图乙所示 由牛顿第二定律得mg-FN=ma 得FN=mg-ma<mg 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。 (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。 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。 (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。 3.完全失重状态 (1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态。 (2)产生条件：a=g，方向竖直向下。 1.有人说：“超重即是物体的重力增加了，失重即是物体的重力减小了”对吗？为什么？ 答案　不对。超重和失重只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)增大或减少了，物体本身的重力并没有变化。 2.物体的超重或失重与物体的运动方向有关吗？请举例说明。 答案　物体超重、失重与物体的运动方向无关。举例：电梯向上运动，若为加速运动，电梯内的物体超重。电梯向上运动，若为减速运动，电梯内的物体失重。 (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)物体处于失重状态时，物体可能在上升。(　√　) (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　(2024·扬州市高一校考)在升降电梯内的地板上放一体重计，电梯静止时，某同学站在体重计上，体重计示数为50 kg，电梯运行过程中，某一段时间内该同学发现体重计示数如图所示，g取10 m/s2，则在这段时间内下列说法中正确的是(　　) A.电梯一定是加速下降 B.电梯运行的加速度大小为2 m/s2 C.该同学所受的重力变小了 D.电梯运行的加速度大小为1 m/s2 答案　B 解析　电梯静止时，体重计示数为50 kg，电梯运行过程中，某一段时间内体重计示数为40 kg，可知该同学此时处于失重状态，加速度向下，则电梯可能加速下降，或者减速上升，该同学所受重力不变，选项A、C错误；根据牛顿第二定律mg-F=ma，解得a=g-=2 m/s2，选项B正确，D错误。 例2　(2024·扬州市高一校考)升降机运送重物，若以向上为正方向，通过传感器获得重物运动的v-t图像，如图所示。由此可推断出(　　) A.前40 s内重物先向上运动后再向下运动 B.前40 s内重物的位移先增大后减小 C.前10 s内重物处于超重状态 D.第10 s末至第20 s末重物处于失重状态 答案　C 解析　由题图可知前40 s内，重物的速度一直为正值，重物一直向上运动，位移一直增大，故A、B错误；v-t图像的斜率表示加速度，前10 s内v-t图像的斜率为正值，重物有向上的加速度，重物处于超重状态，故C正确；第10 s末至第20 s末，v-t图像的斜率为零，重物的加速度为零，物体处于受力平衡状态，故D错误。 例3　(2024·常州市高一期末)如图所示是某同学站在压力传感器上，先“下蹲”后“站起”过程中压力传感器的示数随时间的变化情况。下列说法中正确的是(　　) A.下蹲过程中该同学一直处于失重状态 B.站起过程中该同学一直处于超重状态 C.下蹲过程中的最大速度出现在t1时刻 D.在0~3 s内该同学完成了一次“下蹲”和“站起” 答案　C 解析　下蹲过程中该同学先向下加速，失重，后向下减速，超重，选项A错误；站起过程中该同学先向上加速，超重，后向上减速，失重，选项B错误；下蹲过程中先向下加速，当加速度为零时速度最大，此时出现在t1时刻，选项C正确；由图可知，在0~3 s内该同学只完成了一次“下蹲”过程，选项D错误。 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。 3.注意：超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关。 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。 课时对点练 [分值：55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.(2024·扬州市高一期末)中国选手朱雪莹获得杭州亚运会蹦床比赛冠军。如图所示，她在从空中下落到压缩蹦床至最低点的过程中(　　) A.一直处于失重状态 B.一直处于超重状态 C.先失重后超重 D.先超重和失重 答案　C 解析　在空中下落时加速度向下，处于失重状态；接触蹦床后，刚开始蹦床的弹力小于重力，加速度还是向下，仍处于失重状态；随着蹦床的弹力逐渐增大，当弹力大于重力后，加速度向上，处于超重状态，所以是先失重后超重。故选C。 3.(2024·盐城市射阳县陈洋中学高一期末)如图所示，乘客站在电梯里，当电梯加速下降时，以下判断正确的是(　　) A.乘客处于超重状态，所受重力增大 B.乘客处于超重状态，所受重力不变 C.乘客处于失重状态，所受重力减小 D.乘客处于失重状态，所受重力不变 答案　D 解析　电梯加速下降时，乘客具有向下的加速度，此时乘客处于失重状态。超、失重时改变的是人对电梯的压力，不改变人所受的重力。故A、B、C错误，D正确。 4.如图所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，不计空气对人的作用力，下列说法正确的是(　　) A.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零 B.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力 C.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力 D.在降落伞打开后减速下降过程中，安全带的作用力小于B的重力 答案　A 解析　降落伞未打开时，A、B两人一起做自由落体运动，处于完全失重状态，则A、B之间安全带的作用力为0，A正确，B、C错误；降落伞打开后，A、B减速下降，加速度方向向上，则A、B处于超重状态，对B有：FT-mg=ma，即FT=mg+ma>mg，故D错误。 考点二　超重、失重的有关计算 5.(2024·江苏宿迁中学高一期末)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，重力加速度g取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5 m/s2 C.电梯可能减速上升，加速度大小为2.5 m/s2 D.乘客对电梯地板的压力为625 N 答案　C 解析　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；对轻质弹簧，根据牛顿第二定律mg-mg=ma解得a=2.5 m/s2 ，方向向下，电梯可能减速上升，C正确，B错误；对乘客根据牛顿第二定律Mg-FN=Ma，解得FN=375 N，由牛顿第三定律得，乘客对电梯地板的压力为375 N，D错误。 6.(9分)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？(重力加速度g取10 m/s2) (1)(3分)升降机匀速上升； (2)(3分)升降机以4 m/s2的加速度匀加速上升； (3)(3分)升降机以5 m/s2的加速度匀加速下降。 答案　(1)60 kg　(2)84 kg　(3)30 kg 解析　(1)当升降机匀速上升时，a1=0，由牛顿第二定律知FN1-mg=0 所以FN1=mg=600 N 由牛顿第三定律，人对体重计的压力为600 N，则体重计的示数为60 kg； (2)当升降机以4 m/s2的加速度匀加速上升时，人处于超重状态，有FN2-mg=ma2 所以FN2=m(g+a2)=60×(10+4) N=840 N 由牛顿第三定律，人对体重计的压力为840 N，则体重计的示数为84 kg； (3)当升降机以5 m/s2的加速度匀加速下降时，此时加速度的方向向下，处于失重状态，有mg-FN3=ma3 所以FN3=m(g-a3)=60×(10-5) N=300 N 由牛顿第三定律，人对体重计的压力为300 N，则体重计的示数为30 kg。 [7~9题，每题5分] 7.(2024·南京市高一期末)某同学乘电梯上楼过程中加速度a随时间t变化的图像如图所示，取竖直向上为正方向，则下列说法正确的是(　　) A.t=2 s时该同学对地板压力最大 B.t=8.5 s时该同学对地板压力最大 C.0~2 s电梯加速运动，2~4 s电梯减速运动 D.t=2 s时电梯的速度达到最大 答案　A 解析　由图像可知，t=2 s时加速度向上最大，此时该同学处于超重状态，且对地板压力最大，故A正确；由图像可知，t=8.5 s时加速度向下最大，此时该同学处于失重状态，且对地板压力最小，故B错误；由图像可知，0~4 s内加速度方向一直向上，可知0~4 s内电梯一直向上加速运动，所以t=2 s时电梯的速度未达到最大，故C、D错误。 8.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，由此可判断，此时升降机做的运动可能是(　　) A.加速上升 B.匀速上升 C.加速下降 D.减速下降 答案　C 解析　当升降机匀速运动时，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会减小，最大静摩擦力也就减小，而弹簧的弹力又未改变，故只有在这种情况下A才可能被拉向右方，四个选项中C中升降机的加速度是向下的，故C正确。 9.(2024·苏州市高一月考)如图甲所示，在升降机的顶部安装了一个能够显示拉力大小的传感器，传感器下方挂上一轻质弹簧，弹簧下端挂一质量为m的小球，若升降机在匀速运行过程中突然停止，并以此时为零时刻，在后面一段时间内传感器显示弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙所示，g为重力加速度，则下列说法错误的是(　　) A.升降机停止前在向上运动 B.0~t1时间内小球处于失重状态，t1~t2时间内小球也处于失重状态 C.t1~t3时间内小球向下运动，速度先增大后减小 D.t3~t4时间内小球向上运动，速度一直减小 答案　D 解析　升降机停止后弹簧的弹力先减小，可知弹簧缩短，小球向上运动，则升降机停止前在向上运动，选项A正确，不符合题意；0~t1时间内和t1~t2时间内小球弹力小于重力，加速度向下，处于失重状态，选项B正确，不符合题意；t1~t3时间内小球向下运动，弹力先小于重力后大于重力，则加速度先减小后增大，速度先增大后减小，故C正确，不符合题意；t3~t4时间内小球向上运动，拉力大于重力，加速度向上，则速度增加，故D错误，符合题意。 10.(11分)一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重状态。一个可乘坐二十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由落下。落到一定位置时，制动系统启动，到地面时刚好停下。已知座舱开始下落时的高度为76 m，当落到离地面28 m的位置时开始制动，座舱做匀减速运动。若座舱中某人的质量为50 kg，g取10 m/s2，当座舱落到离地面50 m的位置时，人对座舱的压力是多少？当座舱落到离地面15 m的位置时，人对座舱的压力约是多大(不计空气阻力及自由下落过程中座舱与竖直柱子间的摩擦力)？ 答案　0　1 357 N 解析　座舱落到离地50 m的位置时，制动系统尚未启动，座舱与人自由下落，处于完全失重状态，故人对座舱的压力为0；座舱落到15 m的位置时，座舱做匀减速运动，设座舱下落到离地面28 m的位置时座舱速度为v，减速阶段加速度大小为a。加速阶段位移为x1，减速阶段位移为x2。由运动学规律可得 v2=2gx1，v2=2ax2，其中x1=76 m-28 m=48 m，x2=28 m。 解得a=g， 在离地15 m的位置时人处于超重状态， 由牛顿第二定律可解得 F=mg+ma=50×(1+)×10 N≈1 357 N， 由牛顿第三定律可知人对座舱的压力约为1 357 N。 学科网（北京）股份有限公司 $