第四章运动和力的关系模型三：超重和失重 讲义-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

模型三 超重和失重 1.模型解析 （1）模型知识 ①决定因素：超重和失重状态是根据物体所受支持力（或拉力）与重力的大小决定的。 ②判断方向：由牛顿第二定律求出此时加速度方向，物体加速度的方向决定物体处于超重/失重状态，与速度方向无关。完全失重是失重现象的一种特殊状态。 题目一般给出实际事例，要求判断此时物体处于超重或失重状态，并求出对应时刻加速度大小。 超重现象 失重现象 完全失重现象 概念 支持物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力）大于物体所受重力的现象。 FN > mg，超重 支持物对物体的支持力（或悬挂物对物体的拉力）小于物体所受重力的现象。 FN < mg，失重 （是失重的特殊情况）物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象。 FN = 0 < mg，完全失重 产生原理 （加速度方向） 物体的加速度方向竖直向上，大小为 a = (FN - mg)/m 物体的加速度方向竖直向下，大小为 a = (mg - FN)/m 物体的加速度方向竖直向下，大小为 a = g 支持力大小 FN = m(g+a) FN = m(g-a) FN = 0 运动状态 （与初速度有关） 加速度向上时： ①初速度向上，加速上升 ②初速度向下，减速下降 加速度向下时： ①初速度向上，减速上升 ②初速度向下，加速下降 加速度向下时： ①初速度向上，以 a=g 减速上升 ②初速度向下，以 a=g 加 速下降 生活实例 电梯加速上升时，加速度向上，电梯对人的支持力大于人的重力 电梯加速下降时，加速度向下，电梯对人的支持力小于人的重力 （只受重力作用）自由落体运动，所有抛体运动和绕地球做匀速圆周运动的卫星、飞船等 注：在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不受浮力、液体柱不再产生向下的压强等。 （2）知识回顾 [模型讲解]模型一：牛顿第二定律中的两种思路。①已知受力求加速度；②已知加速度求受力。 2.解题思路 （1）先对物体进行受力分析：从支持力和重力的大小判断物体的超失重状态。 ①当物体所受向上的支持力（或拉力）大于重力时，物体处于超重状态。 ②当物体所受向上的支持力（或拉力）小于重力时，物体处于失重状态。 ③当物体所受向上的支持力（或拉力）等于零时，物体处于完全失重状态。 （2）根据题目所给加速度方向或运动状态：从加速度的方向判断物体的超失重状态。 ①当物体具有向上的加速度时（向上加速或向下减速），物体处于超重状态。 ②具有向下的加速度时（向下加速或向上减速），物体处于失重状态。 ③向下的加速度等于重力加速度时，物体处于完全失重状态。 3.案例分析 （1）案例一：由受力判断 图甲是某人站在接有传感器的地板上做下蹲、起跳（双脚恰完全离开传感器）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，取重力加速度 g = 10m/s²，请根据图像判断： ①图像中 b-c 过程中人的状态？（超/失重情况） [解析] 第一步：受力分析 由图可知，人受到重力和支持力。在 a 点时，重力等于支持力约为 1000N 第二步：根据支持力和重力大小，判断状态 由 b-c 过程，可见支持力先小于重力，此时为失重状态，加速度向下（蹲下）；之后支持力大于重力，此时为超重状态，加速度向上（起身）。 所以，b-c 过程中人先失重后超重。 ②下蹲、起跳动作分别对应图中哪些阶段？ [解析] 人在下蹲过程中，先加速下降再减速下降，所以先失重后超重，力的示数先变小，后变大； 人在起跳过程中，先加速起立再减速起立，所以先超重后失重，力的示数先变大，后变小。 综上所述，人完成下蹲起跳过程中，力的示数先变小，再变大，再变小，直到起跳结束力的示数变为 0 由图可知，m 点对应人受到的支持力与重力等大的时刻，根据上述分析，人在 mc 线段之间一点 n 对应时刻完成下蹲，所以下蹲动作对应图中 a-n 阶段，起跳动作对应图中 n-d 阶段。 注：①人处于 b 点时，仍处于加速下蹲阶段，没有下蹲到最低点；人处于 c 点时，仍处于加速阶段，没有到达最大速度。 ②人在下蹲过程中，先加速下降再减速下降，所以先失重后超重；人在起跳过程中，先加速起立再减速起立，所以先超重后失重。不要误以为下蹲就是失重状态，起立就是超重状态。 （2）案例二：由加速度方向判断 某次深潜探测中，潜水器的速度—时间图像如图所示。假设潜水时向下为正方向。则潜水器在 0-t₁、t₁-t₂ 和 t₂-t₃ 过程中分别处于超重/失重/平衡中的哪个状态？ [解析] 第一步：判断加速度方向 0-t₁：潜水器运动方向向下，做加速运动，说明加速度向下； t₁-t₂：速度不变，故加速度为 0； t₂-t₃：潜水器运动方向向下，做减速运动，说明加速度向上； 第二步：由加速度方向判断运动状态 0-t₁：加速度向下，潜水器处于失重状态； t₁-t₂：加速度为 0，潜水器受力平衡，处于平衡状态； t₂-t₃：加速度向上，潜水器处于超重状态。 4.思路总结 无论是从受力分析判断或者是从加速度的方向判断，都是根据牛顿第二定律进行判断，分清对应关系是关键。超重对应支持力大于重力所以加速度向上，失重对应支持力小于重力所以加速度向下。 易错提醒： ①物体本身的重力是不变的，超重不是重力增加，失重不是重力减少，完全失重不是重力完全消失。只是支持物对物体的支持力或悬挂物对物体的拉力发生变化。 ②即使物体的加速度不沿竖直方向，但只要在竖直方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态。例如沿斜面加速下滑的物块，也处于失重状态。 ③完全失重状态下由重力产生的一切物理现象都会完全消失。比如，太空中宇航员会漂浮起来；重力秤无示数；弹簧测力计不能用于测物体的重力，但用手拉动时可以用于测量拉力大小。 学科网（北京）股份有限公司 $