第四章 6 超重和失重（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高一物理必修第一册学习笔记（人教版 提高A版）

该高中物理课件聚焦“超重和失重”，以重力测量方法（牛顿第二定律、力的平衡）为基础，通过电梯体重计示数变化问题导入，衔接牛顿运动定律，引导学生理解现象本质及与加速度的关系。 其亮点是结合电梯运动、v-t图像、矿泉水瓶实验等实例，运用科学推理（牛顿定律分析）和模型建构（受力分析模型），设置分层练习。助力学生深化物理观念，提升科学思维，教师可借此实施分层教学，提高教学效率。

第 四 章 超重和失重 6 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)。 学习目标 内容索引 课时对点练 一、重力的测量 二、超重和失重 < 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 ，利用牛顿第二定律可得G= 。 2.方法二：利用力的平衡条件 将待测物体悬挂或放置在 上，使它处于静止状态。这时物体受到的重力的大小 测力计对物体的拉力或支持力的大小。 返回 质量m mg 测力计 等于 < 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； 答案　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，体重计对人的支持力与人的重力的大小关系。 答案　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) 物体所受重力的现象。 (2)产生条件：物体具有 (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) 物体所受重力的现象。 (2)产生条件：物体具有 (选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。 梳理与总结 小于 竖直向下 竖直向上 大于 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) 的状态。 (2)产生条件：a=g，方向 。 等于零 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。 思考与讨论 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。(　　) √ × × × × √ 易错辨析 　(多选)电梯的顶部挂一个弹簧测力计，弹簧测力计下端挂了一个质量为1 kg的重物，电梯在做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12 N。关于电梯的运动，以下说法正确的是(g取10 m/s2) A.电梯可能向上加速运动，加速度大小为2 m/s2，处于超重状态 B.电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2，处于失重状态 C.电梯可能向上减速运动，加速度大小为4 m/s2， 处于失重状态 D.电梯可能向下减速运动，加速度大小为2 m/s2， 处于超重状态 例1 √ √ 电梯在做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10 N，即质量为1 kg的重物重力为10 N，某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12 N，属于超重现象，超重时，加速度向上，向上加速和向下减速的加速度都是向上的，由牛顿第二定律可得F-mg=ma，解得a=2 m/s2，故A、D正确。 　某同学站在电梯底板上，如图所示的v-t图像是计算机显示的电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。根据图像提供的信息，可以判断下列说法正确的是 A.在0~20 s内，电梯向上运动，该同学始终处于超重状态 B.在0~5 s内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态 C.在5~10 s内，电梯处于静止状态，该同学对 电梯底板的压力等于他所受的重力 D.在10~20 s内，电梯在减速上升，该同学处于 失重状态 例2 √ 在v-t图像中，图像的斜率表示加速度，0~5 s内斜率为正，加速度为正，方向竖直向上，速度为正，即电梯向上做加速运动，该同学处于超重状态；在5~10 s过程中，电梯匀速运动，该同学加速度为零，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力，处于平衡状态；10~20 s过程中，斜率为负，加速度竖直向下，速度为正，即电梯向上做减速运动，该同学处于失重状态，D正确。 (多选)某举重运动员在力传感器上训练做“下蹲”“站起”动作，某段时间内力传感器的示数随时间变化的图像如图所示。由稳定的站姿到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程，由稳定的蹲姿到稳定的站姿称为“站起”过程，重力加速度g取10 m/s2，下列说法正确的是 A.“下蹲”过程中，该运动员先处于失重状态后处于超重状态 B.“站起”过程中，该运动员先处于失重状 态后处于超重状态 C.“下蹲”时，该运动员对力传感器的压力 小于力传感器对他的支持力 D.这段时间内，该运动员加速度的最大值为 6 m/s2 例3 √ √ “下蹲”过程中，该运动员先向下加速后向下减速，同时力传感器上的示数先小于重力，后大于重力，则该运动员先处于失重状态后处于超重状态，故A正确； “站起”过程中，该运动员先向上加速后向上减速，同时力传感器上的示数先大于重力，后小于重力，则该运动员先处于超重状态后处于失重状态，故B错误； “下蹲”时，该运动员对力传感器的压力和力传感器对他的支持力是一对相互作用力，大小相等，方向相反，故C错误； 根据图像可知举重运动员在稳定的站姿和稳定的蹲姿状态中在竖直方向上受平衡力作用，可知该运动员重力为1 000 N，则该运动员质量m== 100 kg，力传感器示数最小时，处于失重状态，此时向下的加速度最大，此加速度大小a1==6 m/s2，力传感器示数最大时，处于超重状态，此时向上的加速度最大，此加速度大小a2==6 m/s2，则这段时间内，该运动员加速度的最大值为6 m/s2，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。 3.注意：超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关。 总结提升 　(2025·北京市通州区高一期末)一学习小组在教室里取一个旧矿泉水瓶，在其底部侧面开一个小孔，如图所示，用手指按住小孔并装满水，放开按住的手指，同时立即释放瓶子让其自由下落，不计空气阻力。关于瓶子中的水，下列说法中正确的是 A.下落的加速度变大 B.处于完全失重状态，不会喷出来 C.仍会从小孔喷出来，且喷射的速度与释放前一样大 D.仍会从小孔喷出来，但喷射的速度比释放前的小些 例4 √ 瓶子和水在空中做自由落体运动，都具有同样的加速度g，都处于完全失重状态，此时瓶子和水之间没有作用力，故水不会喷出来，故选B。 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、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。 总结提升 返回 < 三 > 课时对点练 题号 1 2 3 4 5 6 答案 AC B A BC D (1)600 N　(2)840 N　(3)300 N 题号 7 8 9 　10 11 答案 A B C (1)0.6 kg　(2)箱子做匀速直线运动　(3)箱子向上加速或向下减速，加速度大小为10 m/s2 D 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 考点一　超重和失重的理解 1.(多选)(2024·株洲市高一期末)对超重现象，下列说法正确的是 A.发生超重现象时加速度向上 B.发生超重现象时加速度向下 C.发生超重现象时支持力大于重力 D.发生超重现象时支持力小于重力 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 √ 26 超重是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于自身的重力的现象，由牛顿第二定律可知，超重的物体具有向上的加速度。所以发生超重现象时加速度向上，发生超重现象时支持力大于重力，故A、C正确，B、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 2.(2024·北京市高一期末)跳楼机是一种可以让人体验超重和失重的游乐设施，开始时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，下落一定高度后，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列判断中正确的是 A.游客在自由下落的过程中处于超重状态，人所受重力增大 B.游客在自由下落的过程中处于失重状态，人所受重力不变 C.游客在减速运动的过程中处于失重状态，人所受重力减小 D.游客在减速运动的过程中处于超重状态，人所受重力增大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 游客在自由下落的过程中，加速度方向向下，人处于失重状态，但人所受重力不变，故A错误，B正确； 游客在减速运动的过程中，加速度方向向上，人处于超重状态，但人所受重力不变，故C、D错误。 3.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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 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，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 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 √ √ 由于电梯减速下降，所以加速度方向竖直向上，则人处于超重状态，对人进行受力分析，受到重力mg、电梯底部的支持力FN，由牛顿第二定律得FN-mg=ma，解得FN=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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 5.(2024·宝鸡市高一期末)一质量为55 kg的同学，为完成老师布置的实践体验作业，把体重计放在直升式电梯中，发现某段时间体重计的示数变为66 kg，重力加速度大小取10 m/s2，下列说法中正确的是 A.该同学这段时间处于失重状态，重力大小为550 N B.该同学这段时间处于超重状态，重力大小为660 N C.这段时间内电梯的加速度大小为2.5 m/s2，方向竖直向下 D.这段时间内电梯的加速度大小为2.0 m/s2，方向竖直向上 √ 该同学的重力大小为G=mg=550 N，在电梯中体重计的示数变大，大于重力，说明处于超重状态，重力不变，仍为550 N，故A、B错误； 该同学处于超重状态，可知加速度方向竖直向上，根据牛顿第二定律FN-mg=ma，根据题意可得FN=66×10 N=660 N，解得a=2.0 m/s2，故C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 6.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)升降机匀速上升； 答案　600 N 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，即体重计的示数为600 N； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 (2)升降机以4 m/s2的加速度匀加速上升； 答案　840 N 当升降机以4 m/s2的加速度匀加速上升时，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，即体重计的示数为840 N； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 (3)升降机以5 m/s2的加速度匀加速下降。 答案　300 N 当升降机以5 m/s2的加速度加速下降时，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，即体重计的示数为300 N。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 7.(2024·宜春市高一期末)某人乘电梯时，用手机内的加速度传感器测得电梯运行过程中的加速度随时间变化的图线如图所示(规定竖直向上为正方向)。已知t=0时电梯处于静止状态，则以下判断正确的是 A.t=2 s时人对电梯压力最大 B.2~3 s内电梯在做减速运动 C.4~7 s电梯正下行 D.8 s与10 s两时刻的速度相等 √ 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 当加速度为正值时，即加速度竖直向上，根据牛顿第二定律可知，FN-mg= ma，当加速度为负值时，即加速度竖直向下，有mg-FN=ma，而t=2 s时，加速度a为正值，且最大，则此刻电梯对人的支持力FN最大，根据牛顿第三定律可知t=2 s时人对电梯压力最大，故A正确； 由于0~4 s的加速度都为正，即0~4 s内电梯都在向上做加速运动，故B错误； 由于4~7 s电梯的加速度为0，但是之前已经在向上加速，在t=4 s时有向上的速度，即4~7 s电梯在向上做匀速直线运动，故C错误； 由于7~10 s加速度都为负，即7~10 s内电梯都在向上做减速运动，则8 s与10 s两时刻的速度不会相等，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 8.(2025·苏州市高一期末)如图所示，质量为0.5 kg的物块A放在一个静止的木箱内，A和木箱水平底面间的动摩擦因数为0.3，A的右边被一根轻弹簧用1.2 N的水平拉力向右拉着而保持静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2，下列哪种情况下A将相对木箱滑动 A.木箱竖直向下做匀加速运动，加速度大小为1.0 m/s2 B.木箱竖直向下做匀加速运动，加速度大小为5.0 m/s2 C.木箱竖直向上做匀加速运动，加速度 大小为1.0 m/s2 D.木箱竖直向上做匀加速运动，加速度 大小为5.0 m/s2 √ 物块A能保持静止时，根据平衡条件可知此时弹簧弹力等于物块与木箱间的摩擦力。木箱竖直向下匀加速运动时，物块处于失重状态，物块对木箱的压力变小，竖直方向有mg-FN=ma，当a=1.0 m/s2时，物块与木箱的最大静摩擦力为Ff=μFN=1.35 N>1.2 N，故A不会相对木箱发生滑动，当a=5.0 m/s2时，物块与木箱的最大静摩擦力为Ff=0.75 N<1.2 N，故此时物块A可以相对木箱底面水平移动，故B正确，A错误； 木箱竖直向上匀加速运动时，物块处于超重状态，物块对木箱的压力变大，竖直方向FN-mg=ma，当a=1.0 m/s2时，物块与木箱的最大静摩擦力为Ff=μFN=1.65 N>1.2 N，同理a=5.0 m/s2时，Ff=2.25 N>1.2 N，故A都不会相对木箱发生滑动，故C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 9.(2024·湖州市高一期末)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 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 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，重力加速度g取10 m/s2，弹簧始终在弹性限度内，下列说法正确的是 A.若电梯向上加速运动，指针所指刻度值小于3 cm B.指针指在4 cm时，电梯处于失重状态 C.指针指在2 cm时，电梯的加速度为5 m/s2 D.电梯加速度越大，指针对应的刻度值越大 √ 若电梯向上加速运动，测量仪处于超重状态，则指针所指刻度值大于3 cm，选项A错误； 指针指在4 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 cm时小球处于平衡状态，则mg=k(x1-x0)，指针指在2 cm时mg-k(x2-x0)=ma，解得电梯的加速度为a=5 m/s2，选项C正确； 电梯向上的加速度越大，指针对应的刻度值越大；电梯向下的加速度越大，指针对应的刻度值越小，选项D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 10.将金属块用压缩的竖直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a=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为7.2 N，下底板的压力传感器显示的压力为12.0 N(g取10 m/s2)。 (1)求金属块的质量m为多少？ 答案　0.6 kg 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(设为F1)，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(设为F2)。当a=2.0 m/s2(竖直向下)、F1=7.2 N、F2=12.0 N时，对金属块有F1+mg-F2=ma 代入数据解得m=0.6 kg 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 (2)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。 答案　箱子做匀速直线运动 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F1'+mg-F2=ma' 又F1'= 代入数据解得a'=0 知箱子做匀速直线运动； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 (3)要使上顶板的压力传感器的示数为零，且金属块依旧与上顶板接触，箱子沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？ 答案　箱子向上加速或向下减速，加速度大小为10 m/s2 若上顶板压力传感器示数恰好为零，此时下底板压力传感器示数仍然不变，有F2-mg=ma″ 解得a″=10 m/s2 加速度的方向向上；故要使上顶板压力传感器的示数为零，则箱子沿竖直轨道运动向上加速或向下减速，加速度大小为10 m/s2。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 11.如图所示，A、B、C为三个体积相同的实心小球，A为铁球，B、C为木球。A、B两球分别连接在两根弹簧上，C球连接在细线一端，弹簧和细线的下端固定在装水的杯子底部，该水杯置于用绳子悬挂的静止吊篮内。若将挂吊篮的绳子剪断，则剪断的瞬间相对于杯底(不计空气阻力，ρ木<ρ水<ρ铁) A.A球将向上运动，B、C球将向下运动 B.A、B球将向上运动，C球不动 C.A球将向下运动，B球将向上运动，C球不动 D.A球将向上运动，B球将向下运动，C球不动 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 尖子生选练 由ρ木<ρ水<ρ铁，结合公式F浮=ρ水gV排可知，A的重力大于A受到的浮力，A下面的弹簧处于压缩状态，B和C的重力小于浮力，则B下面的弹簧和C下面的细线处于拉伸状态。将挂吊篮的绳子剪断瞬间，装水的杯子做自由落体运动，水处于完全失重状态，即可以认为水和球之间没有相互作用力，即水对球的浮力为零。由于弹簧弹力不能突变，细线弹力可以突变，A受到向上的弹力作用，B受到向下的弹力作用，C不受弹力作用，所以A球有向下的加速度aA =<g，A球相对杯底向上运动，B球有向下的加速度aB=>g，B 球相对杯底向下运动，C球相对于杯底不动，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 返回 第 四 章 本课结束 $