4.6 超重和失重 课件 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

第四章　运动和力的关系 6　超重和失重 1 学习任务目标 1．知道超重、失重和完全失重现象及其产生条件。(物理观念) 2．理解超重和失重现象的本质，了解超重和失重现象在各个领域中的应用，能解释生活中的超重和失重现象。(科学思维) 3．通过体验或者实验，认识超重和失重现象。(科学探究) 4．培养从实际情境中捕捉信息、发现问题并提出问题的能力，以及用科学知识解释生产、生活中的物理现象的能力。(科学态度与责任) 2 问题式预习 知识点一 重力的测量 1．重力的测量一般有两种方法：一是利用__________________，二是利用__________________。 2．如图所示，小明站在体重计上测量体重时，要想 准确测量其重力，他要保持什么状态？ 提示：保持静止状态。 牛顿第二定律 力的平衡条件 6　超重和失重 3 [微训练] 根据预习内容判断以下说法的正误。 1．用弹簧测力计测量物体的重力时，物体处于平衡状态。 ( ) 2．在竖直方向上，弹簧测力计对物体的拉力一定等于物体受到的重力。 ( ) √ × 6　超重和失重 4 知识点二 超重和失重 1．体重计的示数反映了人对体重计的压力。只有当人在体重计上______或者随体重计一起做____________运动时，体重计的示数才等于人所受的重力大小。 2．超重：体重计的示数______物体所受重力，即物体对支持物的压力大于物体所受重力，此时物体具有______的加速度。 3．失重：体重计的示数______物体所受重力，即物体对支持物的压力小于物体所受重力，此时物体具有______的加速度。当物体的加速度竖直向下且等于重力加速度时，物体对支持物的压力为0，物体处于完全失重状态。 静止 匀速直线 大于 向上 小于 向下 6　超重和失重 5 [微训练] 根据预习内容判断以下说法的正误。 1．物体向上运动时，一定处于超重状态。 ( ) 2．物体处于失重状态时所受重力减小了。 ( ) 3．做竖直上抛运动的物体，只受重力作用，处于完全失重状态。 ( ) × × √ 6　超重和失重 任务式研习 任务一　超重和失重 1．(多选)2022年8月26日，由中国航天科技集团有限公司自主研制的升力式亚轨道运载器重复使用飞行试验获得圆满成功。运载器在酒泉卫星发射中心点火升空后在距地球35～300 km的高空做亚轨道飞行，亚轨道的大气很稀薄，可以忽略。运载器在空中的运动可简化为三个阶段：在大气层内向上加速运动，在亚轨道内关闭动力后做斜上抛运动，回到大气层后制动减速下降。下列说法正确的是 (　　) A．加速上升过程运载器失重 B. 减速下降过程运载器超重 C. 在大气层内向上加速运动过程中先超重后失重 D. 在亚轨道内关闭动力后其加速度为重力加速度g √ √ 6　超重和失重 7 BD　解析：运载器加速上升和减速下降过程，竖直方向的加速度都向上，所以都超重，故A、C错误，B正确；由于亚轨道的大气很稀薄，可以忽略，因此运载器关闭动力后只受重力，mg＝ma，故其加速度为重力加速度g，D正确。 6　超重和失重 2．如图所示，小车上有一个定滑轮，跨过定滑轮 的细绳一端系一个小球，另一端系在弹簧测力计上， 弹簧测力计下端固定在小车上。开始时小车处于静 止状态，当小车沿水平方向运动时，小球恰能稳定 在图中虚线位置。下列说法正确的是 (　　) A.小球处于超重状态，小车对地面的压力大于系统所受总重力 B. 小球处于失重状态，小车对地面的压力小于系统所受总重力 C. 弹簧测力计的示数大于小球所受重力，但小球既不超重也不失重 D. 弹簧测力计的示数大于小球所受重力，小车一定向右匀加速运动 √ 6　超重和失重 6　超重和失重 3．小孙同学手端餐盘走向餐桌的情境如图所示。假设餐盘保持水平，盘中的物品四周都留有一定的空间，并与餐盘保持相对静止，则下列说法正确的是 (　　) A. 匀速向前行走时，餐盘对水果的作用力水平向前 B. 减速行走时，水果受到4个力的作用 C. 将餐盘竖直向下放到餐桌上的过程中，食物一直处于超重状态 D. 若餐盘稍微倾斜，但餐盘和水果仍静止，则水果受餐盘的作用力竖直向上 √ 6　超重和失重 D　解析：匀速向前行走时，餐盘和水果都处于匀速直线运动状态，根据牛顿第一定律，水果在水平方向上不受力的作用，因此盘对水果的作用力在水平方向上为0，故A错误； 减速行走时，水果受到重力、水果盘对水果的支持力和摩擦力，共3个力的作用，故B错误； 将餐盘竖直向下放到餐桌上的过程中，食物的加速度先向下后向上，则先失重后超重，故C错误；若餐盘稍微倾斜，但盘和水果仍静止，则水果受盘的作用力与重力等大反向，即竖直向上，故D正确。 6　超重和失重 4．很多智能手机上都有加速度传感器。小明打开手机的加速度传感器，记录手机在竖直方向上加速度的变化情况。让手机自由下落，然后接住手机，手机屏幕上获得的图像如图甲所示。下列说法错误的是(以下实验中手机均保持屏幕向上) (　　) 6　超重和失重 A.如图甲所示，加速度显示最大正值时，表明手机处于减速状态 B. 若保持手托着手机，小明做下蹲动作，整个下蹲过程所得图像可能如图乙所示 C. 若保持手托着手机乘坐电梯从1楼到7楼，所得图像可能如图丙所示 D. 若保持手托着手机，小明做起立动作，整个起立过程所得图像可能如图丁所示 √ 6　超重和失重 C　解析：如题图甲所示，加速度显示最大正值时，说明加速度方向竖直向上，由于手机在向下运动，表明手机处于减速状态，A正确；若保持手托着手机，小明做下蹲动作，整个下蹲过程手机先加速下降，再减速下降，加速度方向先竖直向下后竖直向上，即先负后正，B正确；若保持手托着手机乘坐电梯从1楼到7楼，手机先加速上升，然后匀速上升，最后减速上升，加速度先竖直向上，然后为0，最后竖直向下，所得图像不可能如题图丙所示，C错误；若保持手托着手机，小明做起立动作，手机先加速上升，然后减速上升，加速度方向先竖直向上，然后竖直向下，D正确。 6　超重和失重 超重与失重的比较 特征状态 加速度 运动情况 受力示意图 平衡 a＝0 静止或匀速直线运动 超重 方向竖直向上 向上加速或向下减速 失重 方向竖直向下 向下加速或向上减速 完全失重 方向竖直向下，a＝g 自由落体、抛体、正常运行的卫星等 说明：“视重”即为表格中F的大小。 6　超重和失重 16 1．一个质量为60 kg的人站在观光电梯底板上，如图所示的v-t图像是计算机显示的观光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，下列说法正确的是(g取10 m/s2) (　　) A.在5～10 s内，人对电梯底板的压力等于500 N B. 在0～5 s内，观光电梯在加速上升，人所受的 支持力为624 N，处于超重状态 C. 在10～20 s内，人所受的支持力为490 N，处于失重状态 D. 在20～25 s内，人所受的支持力为490 N，处于超重状态 任务二　超重和失重的定量计算 √ 6　超重和失重 根据牛顿第二定律得mg－F′＝ma′，解得F′＝588 N，C错误；在20～25 s内，观光电梯在加速下降，电梯的加速度方向向下，此时人处于失重状态，D错误。 6　超重和失重 2．如图所示为某电梯铭牌，该电梯额定载重人数为14人，额定载重量为1 050 kg，当超过额定载重时电梯会鸣笛警示。该电梯在八层停靠时进入15位乘客，15位乘客总质量为 1 040 kg。下列说法正确的是 (　　) A.当第15位乘客进入电梯时，该电梯会鸣笛警示 B. 当电梯从八层开始向下运动时，电梯会鸣笛警示 C. 当电梯从八层下降到一层，快要停止时，电梯可能会鸣笛警示 D. 电梯从八层下降到一层停止全过程中都不可能鸣笛警示 √ 6　超重和失重 C　解析：由于15位乘客总质量为1 040 kg，而电梯的额定载重量为1 050 kg，则当第15位乘客进入电梯时，还没有达到电梯的额定载重量，电梯不会鸣笛警示，A错误；当电梯从八层开始向下运动时，加速度向下，由牛顿第二定律、第三定律知mg－FN＝ma，FN＝ FN′，此时乘客对电梯的压力FN′小于乘客所受总重力，此时电梯不会鸣笛警示，B错误；当电梯从八层下降到一层，快要停止时，加速度向上，由牛顿第二定律、第三定律知FN－mg＝ma，FN＝FN′，则此时乘客对电梯的压力FN′大于乘客所受总重力，则电梯可能会鸣笛警示，C正确，D错误。 6　超重和失重 3．如图所示，某同学通过抱着箱子做蹲 起运动的方式来研究超重和失重现象，在 箱内的顶部和底部均安装有压力传感器， 两质量均为2 kg的物块用轻弹簧连接并分 别抵住传感器。当该同学抱着箱子静止时，顶部的压力传感器显示示数F1＝10 N。g取10 m/s2，不计空气阻力，则 (　　)　　 A．箱子静止时，底部压力传感器显示示数F2＝30 N B. 当F1＝5 N时，箱子处于失重状态，人可能抱着箱子开始下蹲 C. 当F1＝15 N时，箱子处于超重状态，人可能抱着箱子开始站起 D. 若箱子保持竖直从高处自由释放，运动中两个压力传感器的示数 均为30 N √ 6　超重和失重 D　解析：当箱子静止时，对两物块和弹簧组成的系统进行受力分析可知2mg＋F1＝F2，得底部压力传感器示数F2＝50 N，对上面物块有mg＋F1＝F弹，得F弹＝30 N，故A错误；弹力不变，当F1＝5 N 时，对上面物块有mg＋F1<F弹，所以物块的加速度方向向上，箱子处于超重状态，人可能抱着箱子开始站起，故B错误；当F1＝15 N时，有mg＋F1>F弹，物块加速度方向向下，箱子处于失重状态，人可能抱着箱子开始下蹲，故C错误；当箱子自由下落时处于完全失重状态，两个物块所受合力均为mg，则应有F弹＝F1＝F2，弹力不变，所以两个压力传感器的示数均为 30 N，故D正确。 6　超重和失重 4．(多选)某同学在地面上用体重计称得体重为 490 N。他将体重计移至电梯内称自己的体重，t0至t3时间段内，体重计的示数变化如图所示，则电梯运行的v-t图像可能是(取电梯向上运动的方向为正) (　　) 　 　　 A　　　　　　B　　　 　C　　　　　　　D √ √ 6　超重和失重 AC　解析：由图像可知，人先超重，再平衡，最后失重，则电梯的加速度先向上，再匀速，后加速度向下；若电梯向上运动的方向为正，则电梯可能先匀加速向上，再匀速向上，最后匀减速向上；或者电梯可能先匀减速向下，再匀速向下，最后匀加速向下，故选A、C。 6　超重和失重 1．利用牛顿第二定律分析超重和失重 (1)产生超重现象的原因 当物体具有向上的加速度a时，支持物对物体的支持力(或悬绳对物体的拉力)为F，由牛顿第二定律可得F－mg＝ma，所以F＝m(g＋a)>mg，由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)F′＝F>mg。 6　超重和失重 25 (2)产生失重现象的原因 当物体具有向下的加速度a时，支持物对物体的支持力(或悬绳对物体的拉力)为F，由牛顿第二定律可得mg－F＝ma，所以F＝m(g－a)<mg，由牛顿第三定律可知，物体对支持物的压力(或对悬绳的拉力)F′＝F<mg。 特例：当物体具有向下的加速度a＝g时，则F′＝0，物体处于完全失重状态。 6　超重和失重 26 2．求解超重与失重问题的基本思路 超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律的应用，解题的一般思路为： (1)明确研究对象； (2)分析物体的受力情况和运动情况(加速度的大小和方向)； (3)利用牛顿第二定律分析和求解。 6　超重和失重 27 C　解析：小球稳定在题图中虚线位置，则小球和小车有相同的加速度，且加速度水平向右，故小球既不超重也不失重，小车既可以向右做匀加速运动，也可以向左做匀减速运动，设小球质量为m，虚线与竖直方向夹角为θ，则弹簧测力计示数，即绳上拉力F＝>mg，故选项C正确。 B　解析：由题图知，在5～10 s内，观光电梯匀速运动，人对电梯底板的压力等于他所受的重力，即为600 N，A错误；在0～5 s内，此时加速度a＝＝ m/s2＝0.4 m/s2，根据牛顿第二定律得F－mg＝ma，解得F＝624 N，观光电梯的加速度方向向上，人处于超重状态，B正确；在10～20 s内，观光电梯匀减速上升，加速度方向向下，人处于失重状态，此时的加速度大小a′＝＝ m/s2＝0.2 m/s2， $