第四章 第六节 失重和超重（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（粤教版）

本讲义聚焦高中物理“失重和超重”核心知识点，从电梯运动中体重计示数变化现象切入，通过受力分析与牛顿第二定律推导，系统梳理超重（加速度向上）、失重（加速度向下）及完全失重（a=g）的定义、产生条件，构建从现象到规律再到应用的学习支架。 资料以情境化例题（如电梯v-t图像分析、撑杆跳高过程、神舟飞船发射与返回）为载体，强化科学思维中的模型建构与科学推理，结合判断题和计算题培养学生物理观念。课中助力教师引导学生深化理解，课后通过分层练习帮助学生查漏补缺，提升知识应用能力。

第六节　失重和超重 [学习目标]　1.知道失重、超重和完全失重现象。2.会根据失重、超重产生的条件判断失重、超重现象。3.会利用牛顿运动定律分析、计算超重和失重的问题(重难点)。 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、超重、失重现象及其产生的条件 1.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 2.电梯下降过程中经历加速、匀速、减速的过程，哪个过程中支持力大于重力，哪个过程中支持力小于重力？ 答案　减速下降过程中支持力大于重力，加速下降过程中支持力小于重力。 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.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，若为减速运动，电梯内的物体失重。 2.有人说：“超重就是物体的重力增加了，失重就是物体的重力减小了”。此说法对吗？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)增大或减小了，物体本身的重力并没有变化。 (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　(多选)在一电梯的地板上有一压力传感器，其上放一物块，如图甲所示，当电梯运行时，传感器示数大小随时间变化的关系图像如图乙所示，下列根据图像分析得出的结论中正确的是(　　) A.从时刻t1到t2，物块处于失重状态 B.从时刻t3到t4，物块处于失重状态 C.电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层 D.电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层 答案　BC 解析　从F-t图像可以看出，0~t1内，F=mg，电梯可能处于静止状态或匀速直线运动状态；t1~t2内，F>mg，电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，电梯可能加速向上运动或减速向下运动；t2~t3内，F=mg，电梯可能静止或做匀速直线运动；t3~t4内，F<mg，电梯具有向下的加速度，物块处于失重状态，电梯可能加速向下或减速向上运动，故选B、C。 例2　(多选)(2023·东莞市高一期末)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，电梯在匀速上升，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 答案　CD 解析　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，C、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，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.注意：超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关。 例3　(多选)如图所示，甲、乙两物块叠放在一起，当把甲、乙两物块同时竖直向上抛出后(不计空气阻力，重力加速度为g)，则(　　) A.甲的加速度大小小于g，处于失重状态 B.乙的加速度大小大于g，处于超重状态 C.甲、乙的加速度大小均为g，乙对甲无支持力 D.甲、乙间的弹力为零，甲处于完全失重状态 答案　CD 解析　先分析整体的受力情况，整体只受重力作用，故加速度均为g，均处于完全失重状态；隔离物块甲分析可知，物块只受到重力作用时，加速度才是g，所以两物块间没有相互作用力，即甲、乙的加速度均为g，甲、乙间的弹力为零，故C、D正确，A、B错误。 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)。 2.完全失重时重力本身并没有变化。 二、超重、失重的有关计算 例4　升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘上放一个质量为20 kg的物体(重力加速度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的加速度竖直加速上升时，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？ (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)超重状态　220 N　(3)失重状态　100 N　(4)0 解析　(1)当升降机匀速上升时， FN=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， 根据牛顿第二定律得FN'-mg=ma1 解得FN'=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， 根据牛顿第二定律得mg-FN″=ma2 解得FN″=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。 解决超重和失重问题的一般思路 超重和失重现象的实质就是牛顿第二定律的应用，解答有关问题时： (1)分析物体运动的加速度方向； (2)判断物体处于超重状态还是失重状态； (3)对物体进行受力分析； (4)利用牛顿第二定律分析和求解。 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　(2025·东莞市高一期中)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，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(M+m)g，故选C。 课时对点练 [分值：70分] 　[1~5题，每题4分] 考点一　超重和失重的分析和判断 1.下列关于失重的说法中，正确的是(　　) A.失重现象中地球对物体的实际作用力没有变化 B.失重就是物体所受重力变小 C.物体加速上升时处于失重状态 D.物体自由下落时不会产生失重现象 答案　A 解析　失重现象中地球对物体的实际作用力没有变化，物体重力不变，只是对支持物的压力变了，A正确，B错误；物体加速上升时加速度的方向向上，处于超重状态，C错误；物体自由下落时加速度的方向向下，产生失重现象，D错误。 2.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，加速度向上，则A、B处于超重状态，对B有：T-mg=ma，即T=mg+ma>mg，故D错误。 3.(2024·广州市高一开学考)北京时间2023年1月29日，在法国鲁贝进行的撑杆跳高专项赛中，中国选手姚捷以5米75的成绩夺得男子组亚军，刷新室内撑杆跳个人最好成绩。姚捷撑杆跳高过程可以简化成持杆助跑、撑杆起跳上升到最高点、越杆、下落四个阶段，以下说法正确的是(　　) A.姚捷在撑杆起跳上升到最高点过程中先超重后失重 B.姚捷在撑杆起跳上升到最高点过程中先失重后超重 C.姚捷在撑杆起跳上升到最高点过程中一直处于超重状态 D.姚捷在最高点越杆时处于平衡状态 答案　A 解析　在撑杆起跳上升开始阶段加速度的方向向上，姚捷处于超重状态；在上升的最后阶段加速度的方向向下，姚捷处于失重状态，故A正确，B、C错误；姚捷上升到最高点时，其加速度不为零，方向向下，姚捷处于失重状态，不是平衡状态，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。 5.(多选)(2024·中山市高一期末)小红在学习完牛顿第二定律后使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”来测定电梯的加速度。如图所示，弹簧上端固定在电梯顶部，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺10 cm刻度处；下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺20 cm刻度处。若某次测量中当钢球与电梯相对静止时，指针位于22 cm刻度处，重力加速度大小为g，则关于电梯的运动描述正确的(　　) A.电梯正在向上加速运动，加速度大小为0.2g B.电梯正在向下加速运动，加速度大小为0.2g C.电梯正在向上减速运动，加速度大小为0.2g D.电梯正在向下减速运动，加速度大小为0.2g 答案　AD 解析　设钢球质量为m，弹簧的劲度系数为k，电梯静止时，根据平衡条件及胡克定律有mg=k(20 cm-10 cm)，电梯运动时，根据牛顿第二定律及胡克定律有k(22 cm-10 cm)-mg=ma，联立解得，钢球的加速度为a=0.2g，方向竖直向上，若电梯正在向上运动，则电梯正在向上加速运动，加速度大小为0.2g；若电梯正在向下运动，则电梯正在向下减速运动，加速度大小为0.2g，故选A、D。 6.(12分)(2024·江门市高一校考)如图，质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，重力加速度g取10 m/s2，当升降机做下列各种运动时，求人对体重计的压力大小。 (1)(4分)以5 m/s2的加速度减速上升； (2)(6分)以5 m/s2的加速度减速下降； (3)(2分)自由下落时。 答案　(1)300 N　(2)900 N　(3)0 解析　(1)以5 m/s2的加速度减速上升时，加速度方向竖直向下，由牛顿第二定律得mg-FN1=ma1 解得体重计对人的支持力为 FN1=mg-ma1=60×10 N-60×5 N=300 N 由牛顿第三定律得：人对体重计的压力大小为300 N (2)以5 m/s2的加速度减速下降时，加速度方向竖直向上，由牛顿第二定律得 FN2-mg=ma2 解得体重计对人的支持力为 FN2=mg+ma2=60×10 N+60×5 N=900 N 由牛顿第三定律得：人对体重计的压力大小为900 N。 (3)升降机自由下落时，加速度等于重力加速度，则人处于完全失重状态，人对体重计的压力为0。 　[7~9题，每题6分] 7.(2024·韶关市高一检测改编)小东同学在力传感器上完成“下蹲”和“站起”动作，计算机采集的图线如图所示，由图中信息可以判断出(重力加速度g取10 m/s2)(　　) A.小东的体重大约为70 kg B.“站起”过程一直处于超重状态 C.小东同学先完成“站起”动作，再完成“下蹲”动作 D.小东同学先完成“下蹲”动作，再完成“站起”动作 答案　D 解析　刚开始，力传感器的示数F=500 N，等于小东同学的重力，故小东的体重大约为50 kg，A错误；从图线上来看力传感器的示数先小于重力，再大于重力，故小东先加速下降，再减速下降，即小东先完成一次“下蹲”动作，再完成“站立”动作，在“站立”动作过程先加速上升，再减速上升，先处于超重状态，再处于失重状态，B、C错误，D正确。 8.(2024·茂名市高一期末)如图所示，一人在电梯水平天花板上固定一弹簧测力计，并在其下方悬挂质量为1 kg的重物，然后站立在水平地板上，当电梯开始运动，此人观察到测力计示数稳定为12 N。已知人的质量为60 kg，重力加速度g取10 m/s2，弹簧测力计自重不计。下列说法正确的是(　　) A.该电梯处于失重状态 B.该电梯一定向下做匀减速直线运动 C.电梯此时的加速度大小为2 m/s2，方向竖直向下 D.人对地板的压力大小为720 N 答案　D 解析　对重物受力分析可知，其合外力方向竖直向上，故具有竖直向上的加速度，则电梯处于超重状态，由于电梯速度方向未知，故其可能向下做匀减速直线运动，也可能向上做匀加速直线运动，故A、B、C错误；对重物由牛顿第二定律有F-mg=ma，解得a=-g=2 m/s2，对人由牛顿第二定律有FN-Mg=Ma，解得FN=Mg+Ma=720 N，根据牛顿第三定律，人对地板的压力大小为720 N，故D正确。 9.如图所示，粗糙木箱内有一物块A，A与右侧箱壁间用一根轻弹簧连接，此时，弹簧处于拉伸状态，整个系统处于静止状态，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。若要使物块A相对木箱底面向右运动，下列操作可能正确的是(　　) A.使木箱向上做加速运动 B.使木箱向下做减速运动 C.使木箱向左做加速运动 D.使木箱向右做加速运动 答案　C 解析　木箱保持静止时，在水平方向弹簧的弹力等于物块A所受静摩擦力，且不大于A与木箱之间的最大静摩擦力。当木箱向上加速运动时，A处于超重状态，木箱对物块的支持力增大，则A对木箱的压力大于重力，则最大静摩擦力增大，故最大静摩擦力大于弹簧弹力，物块A与木箱一定相对静止，故A错误；由A选项分析可知当木箱向下减速运动时，木箱的加速度向上，A处于超重状态，此时物块A与木箱依旧相对静止，故B错误；使木箱向左做加速运动，若加速度是a0，物块恰好没有滑动，对物块由牛顿第二定律可得fmax-kx=ma0，可知木箱向左运动的加速度小于等于a0时，物块不产生相对滑动，当木箱加速度大于a0时，将使弹簧拉动物块相对木箱底面向右运动，C正确；假设木箱向右以加速度a1运动时，物块恰好没有滑动，对物块由牛顿第二定律可得fmax+kx=ma1，可知木箱向右运动的加速度小于等于a1时，物块不产生相对滑动，当木箱加速度大于a1时，物块相对木箱底面向左运动，故D错误。 10.(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为重力加速度，g取10 m/s2) (1)(2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，在该过程中需要的支持力F多大？ (3)(6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，则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 解得在该过程中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 FN-mg=ma1 解得航天员在该过程受到座椅的支持力大小为 FN=3 000 N 由牛顿第三定律得，航天员对座椅的压力大小为 FN'=3 000 N。 　[8分] 11.(多选)(2025·中山市高一校考)如图所示，小球B放在真空容器A内，球B的直径恰好等于正方体A的棱长，将它们以初速度v0竖直向上抛出，下列说法中正确的是 (　　) A.若不计空气阻力，上升过程中，A对B有向上的支持力 B.若考虑空气阻力，上升过程中，A对B的压力向上 C.若考虑空气阻力，下落过程中，B对A的压力向下 D.若不计空气阻力，下落过程中，B对A没有压力 答案　CD 解析　将容器以初速度v0竖直向上抛出后，若不计空气阻力，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律有加速度为g，再以容器A为研究对象，上升和下落过程其所受合力等于其重力，则B对A没有压力，A对B也没有支持力，故A错误，D正确；若考虑空气阻力，上升过程，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律知：加速度大于g；再以球B为研究对象，根据牛顿第二定律得：B受到的合力大于重力，B除受到重力外，还应受到向下的压力，A对B的压力向下，故B错误；若考虑空气阻力，下落过程，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律知：加速度小于g，再以B为研究对象，根据牛顿第二定律得：B受到的合力小于重力，B除受到重力外，还应受到向上的力，即A对B的支持力向上，根据牛顿第三定律，B对A的压力向下，故C正确。 学科网（北京）股份有限公司 $