第5章 第5节 超重与失重-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第一册教师用书word（鲁科版）

本讲义聚焦高中物理“超重与失重”核心知识点，系统梳理超重（拉力/压力大于重力，加速度向上）、失重（拉力/压力小于重力，加速度向下）及完全失重（拉力/压力为零，加速度等于g）的定义、产生条件与运动类型，以牛顿第二定律为支架构建现象本质与动力学原因的联系。 该资料通过“情境思辨”（运动员跳高状态判断）、“科学探究”（电梯观察体重计、纸带实验）及“典例分析”（蹦床小孩运动过程），培养学生科学思维与探究能力，课中辅助教师引导学生从生活现象提炼物理规律，课后通过分层练习题帮助学生巩固知识，查漏补缺。

第5节　超重与失重 素养目标 物理观念：知道超重、失重和完全失重现象及其产生条件 科学思维：（1）会应用牛顿第二定律分析超重和失重现象发生的动力学原因，理解超重和失重现象的本质。（2）了解超重和失重现象在各个领域的应用，解释生活中的超重和失重现象 科学探究：通过在电梯里观察体重计示数或其他方式发现超重和失重现象产生的条件 科学态度与责任：（1）培养学生从实际情境中捕捉信息、发现问题并提出问题的能力。（2）培养学生用科学知识解释生活现象的能力，激发学生的学习热情和兴趣 知识点一　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　的加速度。 3.运动类型：向上的　加速　运动或向下的　减速　运动。 知识点二　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　的加速度。 3.运动类型：向上的　减速　运动或向下的　加速　运动。 4.完全失重 （1）定义：物体对悬挂物的　拉力　（或对支持物的　压力　）等于零的状态。 （2）产生条件：物体竖直向下的加速度等于　重力加速度　。 （3）物体在做自由落体运动时，处于　完全失重　状态。 【情境思辨】 2023年5月14日，我国运动员在亚太运动会上，以2.20 m的成绩，拿下冠军。如图所示的是运动员跳高时的精彩瞬间。 （1）运动员起跳以后在上升过程中处于超重状态。（　×　） （2）运动员在最高点处于平衡状态。（　×　） （3）运动员在下降过程中处于失重状态。（　√　） （4）运动员上升和下降过程加速度方向都是向下，都是处于失重状态。（　√　） 要点一　对超重、失重现象的理解 【探究】 　在日常生活中我们如何测量重力？何为视重？ 提示：弹簧测力计（台秤）的示数表示的是物体对弹簧测力计的拉力大小（物体对台秤压力大小）。 物体对竖直悬挂物的拉力或者对水平支持物的压力称为物体的视重。 【归纳】 1.实重与视重 （1）实重：物体实际所受的重力，在地球表面附近，无论物体处于何种运动状态（超重或失重），物体的重力始终不变。 （2）视重：用弹簧测力计或台秤来测量物体重力时，弹簧测力计或台秤的示数叫作物体的视重。当物体与弹簧测力计保持静止或者匀速运动时，视重等于实重；当存在竖直方向的加速度时，视重不再等于实重。 2.超重和失重的实质 （1）超重实质：物体处于超重状态时，物体的重力并没有发生变化，只是因为竖直方向上有向上的加速度，物体对水平支持物的压力（或对悬挂物的拉力）相对平衡状态时增大了，出现了“视重”大于“实重”的现象。 （2）失重实质：物体处于失重状态时，物体的重力并没有发生变化，只是因为竖直方向上有向下的加速度，物体对水平支持物的压力（或对悬挂物的拉力）相对平衡状态时减小了，出现了“视重”小于“实重”的现象。 【典例1】　如图所示，小孩在蹦床上沿竖直方向蹦跳，对其从最低点到离开床面的过程，下列说法正确的是（　　） A.小孩一直处于超重状态 B.小孩一直处于失重状态 C.小孩会经历先超重后失重的过程 D.小孩刚离开蹦床时的速度最大 答案：C 解析：开始小孩受到的弹力大于重力，向上加速，小孩处于超重状态；当小孩受到的弹力小于重力时，向上减速，小孩处于失重状态。小孩经历先超重后失重的过程，故A、B错误，C正确。当小孩所受弹力等于重力时，加速度为零，速度最大，故D错误。 规律方法 判断物体超重与失重的方法 （1）从受力的角度判断 ①超重：物体所受向上的拉力（或支持力）大于重力。 ②失重：物体所受向上的拉力（或支持力）小于重力。 （2）从加速度的角度判断 ①当物体的加速度方向向上（或竖直分量向上）时，处于超重状态。 ②当物体的加速度方向向下（或竖直分量向下）时，处于失重状态。 1.如图所示，体重为G的某同学站在体重计上向下蹲，在下蹲的过程中，体重计的示数F发生变化，则在一次完整的下蹲过程中，下列关于体重计的示数随时间变化的图像可能正确的是（　　） 解析：D　对人的运动过程分析可知，人下蹲的过程可以分成两段：人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，此时人对体重计的压力小于人的重力的大小；在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态，此时人对体重计的压力大于人的重力大小，故A、B、C错误，D正确。 2.如图所示，垂直电梯里有一个“轿厢”和一个“对重”，它们通过钢丝绳连接起来，驱动装置带动钢丝绳使“轿厢”和“对重”在竖直方向做上下运动。当“轿厢”向上做匀减速直线运动时（　　） A.电梯的“对重”处于失重状态 B.电梯的“对重”向下匀加速运动 C.钢丝绳的拉力等于“轿厢”的重力 D.钢丝绳的拉力小于“轿厢”的重力 解析：D　当“轿厢”向上做匀减速运动时，“轿厢”加速度向下，处于失重状态，“对重”向下做匀减速运动，加速度向上，处于超重状态，“轿厢”失重，所以钢丝绳受到的拉力小于“轿厢”的重力，故D正确，A、B、C错误。 要点二　超重、失重的综合分析与计算 【探究】 找一条纸带，在纸带中间部位剪个小缺口，纸带的一端固定一重物，另一端用手拿住，小心提起重物，这时纸带没有断。 （1）然后向上加速提起重物，纸带就断了，为什么？ 提示：当重物以加速度a向上运动时，重物受重力mg和纸带的拉力F的作用，由牛顿第二运动定律知F－mg＝ma，所以F＝m（g＋a）。这时拉力大于重物所受的重力。当拉力达到纸带最大承受力时，纸带就断裂了。 （2）若提着重物急剧向下运动后突然停住，会看到什么现象，为什么？ 提示：当提起重物急剧向下运动后突然停住，重物向下减速运动，通过计算可以得出这时纸带的拉力F＝m（g＋a'），大于重物所受的重力。当拉力超过纸带最大承受力时，纸带也会断裂。 【归纳】 1.平衡、超重、失重、完全失重的比较 加速度 视重（F）与重力关系 运动情况 受力图 平衡 a＝0 F＝mg 静止或匀速直线运动 超重 向上 F＝m（g＋a） ＞mg 向上加速或向下减速 加速度 视重（F）与重力关系 运动情况 受力图 失重 向下 F＝m（g－a）＜mg（a＜g） 向下加速或向上减速 完全失重 a＝g F＝0 自由落体运动、抛体运动 2.有关超重、失重问题的分析方法 超重和失重现象的实质就是牛顿第二运动定律的应用，求解的关键是确定物体加速度的大小和方向，具体解答步骤如下： （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）利用牛顿第二运动定律分析、求解。 【典例2】　质量是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？（g取10 m/s2） （1）升降机匀速上升； 答案：600 N　 解析：以人为研究对象受力分析如图所示： （1）匀速上升时a＝0，所以N－mg＝0 N＝mg＝600 N 据牛顿第三定律知体重计的读数等于人受到的支持力的大小，即N'＝N＝600 N。 （2）升降机以4 m/s2的加速度匀加速上升； 答案：840 N 解析：匀加速上升，a方向向上，取向上为正方向 则N－mg＝ma N＝m（g＋a）＝60×（10＋4）N＝840 N 据牛顿第三定律知体重计的读数等于人受到的支持力的大小，即N'＝N＝840 N。 （3）升降机以4 m/s2的加速度匀减速上升。 答案： 360 N 解析：升降机匀减速上升时，加速度a的方向是向下的，取向下为正方向，由牛顿第二定律可得：mg－N＝ma 解得：N＝m（g－a）＝60×（10－4）N＝360 N 据牛顿第三定律知体重计的读数等于人受到的支持力的大小，即N'＝N＝360 N。 　如图所示，升降机天花板上用轻弹簧悬挂一物体，升降机静止时弹簧伸长10 cm，运动时弹簧伸长9 cm，则升降机的运动状态可能是（g取10 m/s2）（　　） A.以a＝1 m/s2的加速度加速下降 B.以a＝1 m/s2的加速度加速上升 C.以a＝9 m/s2的加速度减速上升 D.以a＝9 m/s2的加速度减速下降 解析：A　当升降机静止时，根据胡克定律和共点力平衡条件得kx1－mg＝0，其中k为弹簧的劲度系数，x1＝10 cm。当弹簧伸长量为x2＝9 cm时，kx2＜mg，说明物体处于失重状态，升降机加速度a的方向必向下，由牛顿第二运动定律得mg－kx2＝ma，解得a＝1 m/s2。升降机加速度方向向下，如果向下运动，则为加速运动，如果向上运动，则为减速运动。由此可知，选项A正确。 要点回眸 1.有关超重和失重的下列说法正确的是（　　） A.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态 B.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态 C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态 D.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 解析：B　由超重、失重和完全失重的概念可知，在加速度向下时处于失重状态，在加速度向上时处于超重状态，而相对地面静止不动时既不超重也不失重，选项B正确。 2.〔多选〕（2025·福州市高一期末）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，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 解析：BC　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；由牛顿第二运动定律F－mg＝ma知该客梯有向上的加速度，则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。 3.一个站在升降机上的人，用弹簧测力计提着一条质量为1 kg的鱼，弹簧测力计的读数为12 N，该人的体重为750 N，则人对升降机地板的压力大小为（g取10 m/s2）（　　） A.750 N　　B.762 N C.900 N　　D.912 N 解析：D　1 kg的鱼的重力为10 N，而弹簧测力计的拉力为12 N，可知鱼所受的合力F鱼＝（12－10）N＝2 N，由牛顿第二定律可知此时鱼的加速度大小为2 m/s2，方向向上，这表明升降机及升降机中的人正在做加速度向上的运动，将人和鱼看作一个整体，可得N－（M＋m）g＝（M＋m）a，N为地板对人向上的作用力，而人对地板的反作用力与N大小相等，方向向下，计算可得N＝912 N，故选D。 4.某人在地面上最多可举起50 kg的物体，某时他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60 kg的物体，据此判断此电梯加速度的大小和方向（取g＝10 m/s2）。 答案： m/s2　竖直向下 解析：由题意某时他在竖直向上运动的电梯中最多举起了60 kg的物体，知物体处于失重状态，此人最大的举力为F＝mg＝50×10 N＝500 N。 则由牛顿第二定律得，m'g－F＝m'a， 解得a＝＝ m/s2＝ m/s2，方向向下。 1.某人乘坐电梯上升，电梯运行的v-t图像如图所示，则人处于失重状态的阶段是（　　） A.OP段 B.PM段 C.MN段 D.NQ段 解析：D　由图可知，在OP段电梯静止，人不是处于失重状态，故A错误；在PM段内，电梯匀加速上升，加速度方向向上，人处于超重状态，故B错误；在MN段内，电梯匀速上升，加速度为0，人不是处于失重状态，故C错误；在NQ段内，电梯匀减速上升，加速度方向向下，人处于失重状态，故D正确。 2.如图所示，一木箱置于电梯中，并随电梯一起向上运动，电梯底面水平，木箱所受重力和支持力的大小分别为G和F。则此时（　　） A.G＜F B.G＝F C.G＞F D.以上三种说法都有可能 解析：D　若电梯向上做加速运动，则G＜F；若电梯做匀速运动，则G＝F；若电梯向上做匀减速运动，则G＞F，选项D正确。 3.电子体重计已经成为家庭健康的生活必需品。某次小明同学在测量自身体重时仪表显示为56.8 kg，当他从蹲在体重计上做起立动作，直至站稳，仪表盘的变化情况应是（　　） A.仪表示数一直小于56.8 kg B.仪表示数先大于56.8 kg后小于56.8 kg C.仪表示数先小于56.8 kg后大于56.8 kg D.仪表示数一直大于56.8 kg 解析：B　人先是加速上升，有向上的加速度，此时人对体重计的压力增大，后是减速上升，有向下的加速度，此时人对体重计的压力减小，所以仪表示数先大于56.8 kg后小于56.8 kg，故选项B正确。 4.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，则下列说法正确的是（　　） 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.将容器水平抛出，容器在运动中小孔向下漏水 D.将容器斜向上抛出，容器在运动中小孔不向下漏水 解析：D　题中几种运动，对整体分析，都只受重力作用，运动加速度为g，方向向下，容器中的水处于完全失重状态，对容器底部无压力，所以在底部的小孔处水不会漏出。故D正确，A、B、C错误。 5.（2025·高一上福建宁德期末）“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，人与固定在地面上的扣环相连，弹性轻绳的上端固定，拉长后下端固定在人的身上。打开扣环，人从地面由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”。人向上运动至最高点的过程中（　　） A.一直处于超重状态 B.一直处于失重状态 C.先处于超重状态后处于失重状态 D.先处于失重状态后处于超重状态 解析：C　由题意，可知人在向上运动至最高点的过程中，人先加速后减速，加速度方向先竖直向上后竖直向下，所以人先处于超重状态后处于失重状态，故C项正确，A、B、D项错误。 6.若货物随升降机运动的v-t图像如图所示（竖直向上为正），则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图像可能是（　　） 解析：B　根据v-t图像可知升降机的运动情况：加速下降→匀速下降→减速下降→加速上升→匀速上升→减速上升；根据牛顿第二运动定律F－mg＝ma或mg－F＝ma可判断支持力F的变化情况：失重→等于重力→超重→超重→等于重力→失重，故选项B正确。 7.（2025·福建厦门高一期末）在身体素质测试“原地纵跳摸高”科目中，某同学快速下蹲后立即蹬伸竖直起跳。在此过程中，测得该同学竖直方向加速度a随时间t的变化关系如图所示，已知竖直向上为正方向，则该同学（　　） A.从A到B的过程中，处于超重状态 B.在B点时，速度为零 C.在C点时，恰好离开地面 D.从C到D的过程中，处于失重状态 解析：D　从A到B的过程中，同学有向下的加速度，处于失重状态，故A错误；a-t图像与坐标轴围成的面积表示速度变化量，同学在A点的速度为零，故同学在B点时，速度不为零，故B错误；恰好离开地面时，地面对同学的作用力为零，不计空气阻力，则同学的加速度为重力加速度，故同学在D点时，恰好离开地面，故C错误；从C到D的过程中，同学有向下的加速度，处于失重状态，故D正确。 8. 一个质量为70 kg的人乘电梯竖直向上运行，如图所示的是电梯的速度—时间图像。（g取10 m/s2）求： （1）电梯在0～6 s内上升的高度。 （2）在0～2 s，2～5 s，5～6 s三个阶段，人对电梯地板的压力分别为多大？ 答案：（1）9 m　（2）770 N　700 N　560N 解析：（1）由图像可知，电梯在0～6 s内上升的高度： h＝×2 m＝9 m。 （2）0～2 s内的加速度：a1＝ m/s2＝1 m/s2，由牛顿第二运动定律得：F1－mg＝ma1，解得：F1＝770 N， 由牛顿第三运动定律可知人对电梯地板的压力为770 N。 2～5 s内，a2＝0，F2＝mg＝700 N 由牛顿第三运动定律可知人对电梯地板的压力为700 N。 5～6 s内，a3＝ m/s2＝－2 m/s2 由牛顿第二运动定律：F3－mg＝ma3 解得：F3＝560 N 由牛顿第三运动定律可知人对电梯地板的压力为560 N。 9.〔多选〕如图，小明为了研究超重和失重现象，站在电梯内水平放置的体重计上，小明的体重为55 kg，电梯由启动到停止的过程中，下列说法正确的是（g取10 m/s2）（　　） A.由图甲可知电梯此时处于静止或匀速运动状态 B.由图乙可知小明此时一定处于超重状态 C.由图乙可知电梯此时一定处于加速上升状态 D.由图乙可知电梯此时的加速度大小约为0.7 m/s2 解析：ABD　由题图甲可知小明处于平衡状态，电梯此时处于静止或匀速运动状态，A正确；由题图乙可知小明处于超重状态，有向上的加速度，则电梯向上加速或向下减速，B正确，C错误；由题图乙知，此时小明受到的支持力大小为N＝590 N，则加速度大小为a＝＝0.7 m/s2，D正确。 10.〔多选〕同一乘客三次分别乘坐不同的电梯上楼，过程中都经历了电梯加速上升阶段，假设三次的加速度大小相同，且乘客相对电梯均静止，如图甲、乙、丙所示。在上述加速阶段中，下列说法正确的是（　　） A.三种方式乘客均受到了电梯地板的摩擦力作用 B.只有在甲种方式中，乘客才受到了摩擦力作用 C.在丙种方式中，乘客受到电梯地板的支持力最大 D.三种方式中的乘客均处于超重状态 解析：CD　电梯加速上升阶段，在甲种方式中，乘客受到支持力、重力、沿斜面向上的摩擦力作用；在乙种方式中，乘客受到支持力、重力、水平向右的摩擦力作用；在丙种方式中，乘客受到支持力、重力，故在甲、乙两种方式中，乘客受到了摩擦力作用，故A、B错误；在甲种方式中，乘客受到电梯地板的支持力为N1＝mgcos θ，在乙种方式中，根据牛顿第二定律有N2－mg＝masin θ，乘客受到电梯地板的支持力为N2＝mg＋masin θ，在丙种方式中，根据牛顿第二定律有N3－mg＝ma，乘客受到电梯地板的支持力为N3＝mg＋ma，可得N1＜N2＜N3，故在丙种方式中，乘客受到电梯地板的支持力最大，故C正确；三种方式中的乘客均有向上的加速度，均处于超重状态，故D正确。 11.〔多选〕如图所示，放置在水平地面上的直角劈质量为M，上面放一个质量为m的物体。若m在其斜面上匀速下滑，M仍保持静止，下列正确的说法是（　　） A.M对地面的压力等于（M＋m）g B.M对地面的压力大于（M＋m）g C.地面对M没有摩擦力 D.地面对M有向左的摩擦力 解析：AC　因物体M、m均处于平衡状态，故可以把两物体看成一个整体，这个整体在竖直方向受到向下的重力（Mg＋mg）和向上的支持力N，对整体由平衡条件得N＝（M＋m）g，A正确，B错误；由于整体处于平衡状态，因此水平方向合力为零，由此可推知地面对M没有摩擦力，C正确，D错误。 12.如图为游乐场中的“轰天雷”，它可以急上急下，让游客体验超重和失重的刺激感觉。游客由静止急升到h0＝14.4 m的高度，所用的时间t＝2 s，此上升过程可视为匀加速直线运动，取g＝10 m/s2。 （1）加速上升时游客处于超重（选填“超重”或“失重”）状态，加速下落时游客处于失重（选填“超重”或“失重”）状态； （2）求游客在此上升过程中加速度a的大小； 答案：7.2 m/s2 （3）若上升到h1＝10 m高度时，某一游客的鞋子不慎脱落，设该鞋子所受空气阻力恒为其重力的0.2倍，即F阻＝0.2mg，求鞋子落地时的速度v。 答案：16 m/s 解析：（1）加速上升时因加速度向上，则游客处于超重状态；加速下落时，因加速度向下，则游客处于失重状态。 （2）根据h0＝at2 可得a＝＝ m/s2＝7.2 m/s2。 （3）上升到h1＝10 m高度时的速度 v1＝＝ m/s＝12 m/s 鞋子上升阶段，根据牛顿第二运动定律有 mg＋F阻＝ma1 解得a1＝12 m/s2 鞋子继续上升的高度h2＝＝ m＝6 m 鞋子下降阶段，根据牛顿第二运动定律有mg－F阻＝ma2 解得a2＝8 m/s2 则鞋子落地的速度v＝＝ m/s＝16 m/s。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $