5.5 超重与失重 课件 2026-2027学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

第5节 超重与失重 学习目标 1. 通过实验认识超重、失重和完全失重现象，理解产生超重、失重现 象的条件。 2. 能够在具体实例中判断超重、失重现象。 3. 会利用牛顿运动定律分析超重与失重，并能进行相关计算。 1. 超重现象 （1）定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力） ⁠物 体所受重力的现象。 （2）产生条件：物体具有 的加速度。 （3）运动类型：超重物体做向上的 运动或向下的 ⁠ 运动。 大于 竖直向上 加速 减速 知识梳理： 2. 失重现象 （1）定义：物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力） ⁠物 体所受重力的现象。 （2）产生条件：物体具有 的加速度。 （3）运动类型：失重物体做向上的 运动或向下的 ⁠ 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） ⁠ 的状态。 小于 竖直向下 减速 加速 等于零 ②产生条件：物体竖直向下的加速度等于 ⁠。 ③在做自由落体运动时，处于完全失重状态。 重力加速度 考点一　对超重和失重现象的理解与判断 例1　关于超重和失重的下列说法中，正确的是（　D　）。 D A. 超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减小了 B. 物体做自由落体运动时处于完全失重状态，所以做自由落体运动的物 体不受重力 C. 物体具有向上的速度时处于超重状态，物体具有向下的速度时处于失 重状态 D. 物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在且不发生变化 典例精析： 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，超重和失重并非物体的重力发生变化，而是物体对支持物的压力或对 悬挂物的拉力发生了变化，综上所述，A、B、C均错，D正确。 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，超重和失重并非物体的重力发生变化，而是物体对支持物的压力或对 悬挂物的拉力发生了变化，综上所述，A、B、C均错，D正确。 归纳: 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（包括斜向 上）时处于超重状态；具有向下的加速度（包括斜向下）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）从运动的角度判断，当物体加速上升或减速下降时，物体处于 超重状态；当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态。 变式训练1: （多选）如图所示，能垂直起降的载货电梯内放有一个物体 A。下列关于物体A的说法正确的是（　AD　）。 A. 电梯减速上升时，物体A处于失重状态 B. 电梯加速上升时，物体A处于失重状态 C. 电梯减速下降时，物体A处于失重状态 D. 电梯加速下降时，物体A处于失重状态 AD 变式训练2: 如图为运动员跳高时的精彩瞬间，则运动员(　BD　)。 A. 蹬地起跳时地面对他的支持力大于他对地面的压力 B. 蹬地起跳时地面对他的支持力与他对地面的压力大小相等 C. 在最高点时处于超重状态 D. 在最高点时处于失重状态 BD 考点二　超重与失重状态的计算 例2　举重运动员在地面上能举起120 kg的重物，而在运动着的升降机 中却只能举起100 kg的重物，求： （1）升降机运动的加速度大小； 2 m/s2 2 m/s2 （2）若在以2.5 m/s2的加速度加速下降的升降机中，此运动员能举起质量 多大的重物？（g取10 m/s2） 160 kg 解：(1)在运动着的升降机中只能举起m1＝100 kg的重物，则该重物对运动 员的压力大小为F′＝m0g＝1200 N＞m1g＝1000 N 可知该重物处于超重状态，升降机应具有向上的加速度，设此加速度大小 为a1，由牛顿第三定律可知，运动员对该重物的支持力大小为F＝F′ 由牛顿第二定律得F－m1g＝m1a1解得a1＝2 m/s2。 解：(1)在运动着的升降机中只能举起m1＝100 kg的重物，则该重物对运动 员的压力大小为F′＝m0g＝1200 N＞m1g＝1000 N 可知该重物处于超重状态，升降机应具有向上的加速度，设此加速度大小 为a1，由牛顿第三定律可知，运动员对该重物的支持力大小为F＝F′ 由牛顿第二定律得F－m1g＝m1a1解得a1＝2 m/s2。 160 kg 解：(2)当升降机以a2＝2.5 m/s2的加速度加速下降时，重物处于失重状 态，设此时该运动员能举起的重物质量为m2，对重物由牛顿第二定律得 m2g－F＝m2a2 解得m2＝160 kg。 (2)当升降机以a2＝2.5 m/s2的加速度加速下降时，重物处于失重状 态，设此时该运动员能举起的重物质量为m2，对重物由牛顿第二定律得 m2g－F＝m2a2 解得m2＝160 kg。 归纳: 超重与失重状态计算的解题步骤。 （1）确定研究对象，并对其进行受力分析，画出受力分析图。 （2）分析物体的运动状态，确定加速度的方向，并在受力分析图中 标出。 （3）选取加速度的方向为正方向，根据牛顿第二定律列方程，结合 牛顿第三定律联合求解。 变式训练1: 如图所示，质量为m的小球挂在电梯的天花板上，电梯在以大 小为的加速度向下加速运动的过程中，小球（　B　）。 A. 处于失重状态，所受拉力为 B. 处于失重状态，所受拉力为 C. 处于超重状态，所受拉力为 D. 处于超重状态，所受拉力为 B 小球与电梯的运动状态相同，小球加速度的方向向下，故小球处于失重状 态。对小球进行受力分析，受重力mg和细线的拉力F作用，根据牛顿第二 定律有mg－F＝ma，所以细线的拉力为F＝mg－ma＝，B正确。 小球与电梯的运动状态相同，小球加速度的方向向下，故小球处于失重状 态。对小球进行受力分析，受重力mg和细线的拉力F作用，根据牛顿第二 定律有mg－F＝ma，所以细线的拉力为F＝mg－ma＝，B正确。 变式训练2: “反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示是简化模型，弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的力传感器相连，此时力传感器示数为1200 N。打开扣环，从A点由静止释放，体验者像火箭一样被“竖直发射”，经B点上升到最高位置 C点，在B点时速度最大。已知人与装备(可视为质点)的总质量为60 kg，不 计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2，下列说法正确的是(　A　)。 A A. 打开扣环瞬间，体验者的加速度大小为20 m/s2 B. 从A到B过程，体验者做加速度增大的加速运动 C. 在B点，体验者所受合力最大 D. 在C点，体验者处于超重状态 传感器示数T＝1200 N，设此时弹性绳的弹力大小为F，由平衡条件有 F＝T＋mg，解得F＝1800 N，打开扣环瞬间，由牛顿第二定律有F－ mg＝ma，解得a＝20 m/s2，A正确；体验者从A到B过程，弹性绳的拉 力大于人的重力，随着人向上运动，弹性绳的伸长量减小，弹性绳的 弹力减小，人所受合力减小，加速度减小，到达B点时弹性绳的弹力 与重力相等，合力为零，故人做加速度不断减小的加速运动，B错 误；在B点时速度最大，故体验者所受合力为零，C错误；在B点时速 度最大，C点速度为0，可知B到C过程人做减速运动，加速度向下， 故人处于失重状态，D错误。故选A。 传感器示数T＝1200 N，设此时弹性绳的弹力大小为F，由平衡条件有 F＝T＋mg，解得F＝1800 N，打开扣环瞬间，由牛顿第二定律有F－ mg＝ma，解得a＝20 m/s2，A正确；体验者从A到B过程，弹性绳的拉 力大于人的重力，随着人向上运动，弹性绳的伸长量减小，弹性绳的 弹力减小，人所受合力减小，加速度减小，到达B点时弹性绳的弹力 与重力相等，合力为零，故人做加速度不断减小的加速运动，B错 误；在B点时速度最大，故体验者所受合力为零，C错误；在B点时速 度最大，C点速度为0，可知B到C过程人做减速运动，加速度向下， 故人处于失重状态，D错误。故选A。 考点三　超重、失重图像的综合问题 例3　摩天大楼中一部直通高层的客运电梯，行程超过百米，电梯的 简化模型如图甲所示。考虑安全、舒适、省时等因素，电梯的加速度a是 随时间t变化的。已知电梯在t＝0时由静止开始上升，a－t图像如图乙所 示。电梯总质量m＝2.0×103 kg。忽略一切阻力，重力加速度g取10 m/s2。求电梯在上升过程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2。 2.2×104 N；1.8×104 N 2.2×104 N；1.8×104 N 解：竖直向上为正方向，根据牛顿第二定律有F－mg＝ma 可知，当加速度为a1＝1.0 m/s2时，电梯受到的拉力最大，代入数据解得 F1＝2.2×104 N 当加速度为a2＝－1.0 m/s2时，电梯受到的拉力最小，代入数据解得F2＝ 1.8×104 N。 解：竖直向上为正方向，根据牛顿第二定律有F－mg＝ma 可知，当加速度为a1＝1.0 m/s2时，电梯受到的拉力最大，代入数据解得 F1＝2.2×104 N 当加速度为a2＝－1.0 m/s2时，电梯受到的拉力最小，代入数据解得F2＝ 1.8×104 N。 归纳: 通过拉力或支持力的F－t图像分析超、失重现象的思路：（1）通过 图像，确定不同阶段物体处于超重还是失重状态，判断出加速度的方向。 （2）对不同阶段进行受力分析和运动分析，利用牛顿第二定律或运动学 公式分析求解。 变式训练1: （多选）如图所示是某同学站在压力传感器上做“下蹲—起 立”的动作时记录的压力F随时间t变化的图线（取g＝10 m/s2）。由图可 知，该同学（　BD　）。 A. 体重约为800 N B. 10 s内做了一次“下蹲—起立”的动作 C. 10 s内做了两次“下蹲—起立”的动作 D. “下蹲—起立”过程的最大加速度大小约为7 m/s2 BD 由图可知，该同学的体重约650 N，故A错误；人下蹲动作有失重和超重 两个过程。先是加速下降，处于失重，到达一个最大速度后再减速下降， 处于超重；起立对应先超重再失重，结合题图可知，该同学10 s内做了一 次“下蹲—起立”的动作，故B正确，C错误；由题图可知下蹲的过程中 对压力传感器的最小压力约为190 N，所以该同学的最大加速度大小amax ＝ m/s2≈7 m/s2，故D正确。 由图可知，该同学的体重约650 N，故A错误；人下蹲动作有失重和超重 两个过程。先是加速下降，处于失重，到达一个最大速度后再减速下降， 处于超重；起立对应先超重再失重，结合题图可知，该同学10 s内做了一 次“下蹲—起立”的动作，故B正确，C错误；由题图可知下蹲的过程中 对压力传感器的最小压力约为190 N，所以该同学的最大加速度大小amax ＝ m/s2≈7 m/s2，故D正确。 变式训练2: 在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力传感器相连。当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图像如图所示。试由此图回答问题：(g取10 m/s2) (1)该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？ 30 N，重力不变 30 N，重力不变 (2)分别算出电梯在超重和失重时的最大加速度。 a1＝6.67 m/s2，a2＝6.67 m/s2 解：(1)根据题意，4～18 s物体随电梯一起匀速运动，由平衡条件及牛顿 第三定律知：台秤受的压力和物体的重力相等，即G＝30 N，根据超重和 失重的本质得：物体的重力不变。 解：(1)根据题意，4～18 s物体随电梯一起匀速运动，由平衡条件及牛顿 第三定律知：台秤受的压力和物体的重力相等，即G＝30 N，根据超重和 失重的本质得：物体的重力不变。 a1＝6.67 m/s2，a2＝6.67 m/s2 解：(2)超重时：台秤对物体的支持力最大为50 N，a1＝＝ m/s2≈6.67 m/s2，方向向上； 失重时：台秤对物体的支持力最小为10 N，a2＝＝ m/s2≈6.67 m/s2，方向向下。 解：(2)超重时：台秤对物体的支持力最大为50 N， a1＝＝ m/s2≈6.67 m/s2，方向向上； 失重时：台秤对物体的支持力最小为10 N，a2＝＝ m/s2≈6.67 m/s2，方向向下。 $