2025人教版高中物理必修一知识点-超重和失重

6.超重和失重

【课程标准】

通过实验，认识超重和失重

【知识导图】

必备知识•认知导学

一、重力的测量

1.方法一：

(1)测量物体做自由落体运动的加速度g;

(2)用天子测量物体的质量m-

(3)利用牛顿第二定律得:G=,"心

2.方法二:利用力的平衡辘对重力进行测量。将待测物体悬挂或放置在测力计

上，使它处于静止状态，这时测力计的示数反映了物体所受的重力大小。

二、超重和失重

物体对支持物的压力(或对悬挂物的

超重

拉力)狂物体所受重力

失重物体对支持物的压力(或对悬挂物的

拉力）屿物体所受重力

加速下降过程中。个，体重计的示数为

完全失

兀0,物体对支持物（或悬挂物）完全没有

重

作用力

［思考］某同学在下蹲的过程中,处于超重还是失重？

无论超重还是失重,物体所受重力不变。

提示:先失重后超重。

动手求真

站在体重计上向下蹲，在下蹲的过程中，体重计的示数如何变化?静止后示数又怎

样变化？

答案:先变小，后变大，再变小。当人静止后,保持某一数值不变。

》明辨是非

1.用弹簧测力计测量重力时，弹簧测力计的示数一定等于物体的重力大小。（X）

提示:不一定，与物体的运动状态有关。

2.物体重力大小G=mg是根据牛顿第二定律确定的。N）

3.人站在体重计上静止不动时视重等于重力。（4）

4.物体处于超重状态时重力增大了。(x)

提示:物体处于超重状态时本身重力没有增大，只是视重增大了。

5.做自由落体运动的物体处于完全失重状态。(4)

关键能力•探究导思

学习任务一超重和失重的理解

探锚——情境创设启发设问

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，撤除手指，假

设容器做自由落体运动时：

(1)底部小孔漏水吗？

(2)解释原因。

提示：(1)不漏水。

⑵让容器自由下落时，水和容器只受到重力的作用,水和容器都处于完全失重状

态，此时水和容器的运动状态相同，它们之间没有相互作用,水不会流出。

解锚——要点归纳规律概括

超重、失重的比较

特征

加速度运动情况受力示意图

状态

平衡。=0静止或匀速直线运动

超重向上向上加速或向下减速

失重向下向下加速或向上减速

a=g自由落体、抛体、正常运行的卫星等一~U

失重I

mg

[＞起锚——典题突破学以致用

角度1从加速度的角度判断超重、失重

【典例1】（2024.赤峰高一检测）很多智能手机都有加速度传感器，加速度传感器能

通过图像显示加速度情况。用手掌托着手机，打开加速度传感器，手掌从静止开始

迅速上下运动，得到如图所示的手机在竖直方向上的加速度随时间变化的图像。

该图像以竖直向上为正方向，取重力加速度大小g=10m/s2,下列说法正确的是

a/(m/s2)

-10.01——-i-i-V

ht2t3

A.手机始终与手掌存在作用力

B.手机在九时刻处于平衡状态

C.手机在t2时刻改变运动方向

D.手机在t3时刻处于完全失重状态

【解析】选D。由题图可知市时刻手机的加速度为-10m/s2,即此时手机只受重力

作用，与手掌间没有相互作用力，手机处于完全失重状态，故A错误,D正确;手机在

力时刻加速度大于10m/s2,且加速度向上，手机处于超重状态，故B错误;手机在b

时刻加速度方向改变，手机开始做减速运动,速度方向不变，即运动方向不变，故C

错误。

［思维升华］当物体有向上的加速度时,物体处于超重状态;当物体有向下的加速

度时,物体处于失重状态。超重和失重与物体的运动方向没有必然的联系。

角度2从受力的角度判断超重、失重

【典例2］（2024.滁州高一检测）如图是某同学站在压力传感器上做“下蹲一起立”

的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线,纵坐标为压力，横坐标为时间。由

图线可知该同学的体重约为650N,除此以外以下信息正确的是（）

A.ls时人处在下蹲的最低点

B.2s时人处于起立静止状态

C.下蹲过程中人处于先失重后超重的状态

D该同学做了2次吓蹲一起立”的动作

【解析】选Co人处在下蹲的最低点时应该没有加速度,由题图可知在1s时人有

向下的加速度，故A错误;2s时传感器示数等于人的重力，故此时处于下蹲静止状

态，故B错误;人在下蹲的过程中，先加速向下运动,此时加速度方向向下，故人处于

失重状态，最后人静止，故后半段是人减速向下的过程,此时加速度方向向上，人处

于超重状态，故下蹲过程中人先失重后超重，故C正确;该同学在前2s是下蹲过程,

后2s是起立的过程，所以共做了1次“下蹲一起立”的动作，故D错误。

【补偿训练】（多选）图甲是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作的示意图，传感

器表面水平下表示人对传感器的压力，中间的“•”表示人的重心。图乙是根据传感

器采集到的数据画出的F-t图像,两图中a~g各点均对应，其中有几个点在图甲中

没有画出。取g=10m/s2,根据图像分析可知（）

0.400.801.20t/s

乙

A。到b的过程为下蹲过程乃点为重心最低点位置

B.c点位置时，人下蹲的速度达到最大

C.e点位置人处于失重状态

D.e点的加速度大小等于g点的加速度大小

【解析】选B、D。8点压力最小，加速度方向向下，速度方向向下,不是重心最低

点A错误;c点位置时，人受到的重力与支持力相等加速度为零，则速度最大,B正

确;e点位置，人受到的重力小于支持力，加速度方向向上，处于超重状态,C错误;e

点支持力为1000N,g点支持力为0,而重力为500N,根据牛顿第二定律F-mg^ma

可知,e点的加速度大小等于g点的加速度大小,D正确。

学习任务二超重和失重的计算

探锚——情境创设启发设问

蹦极是一项极限体育项目。运动员从高处跳下，在弹性绳被拉直前做自由落体

运动;当弹性绳被拉直后，在弹性绳的缓冲作用下，运动员下降速度先增加再减小

逐渐减为0o

请思考:下降过程中，运动员在各个阶段分别处于何种状态?

提示:加速度向上时处于超重;

Fr-mg-ma,FT>mgo

加速度向下时，处于失重;

mg-Fr-ma,FT<mgo

解锚——要点归纳规律概括

超重和失重定量分析的基本思路:

(1)确定研究对象；

⑵把研究对象从运动体系中隔离出来，进行受力分析并画出受力图；

⑶选取正方向，分析物体的运动情况,明确加速度的方向；

（4）根据牛顿运动定律和运动学公式列方程；

⑸解方程，找出所需的结果。

起锚——典题突破学以致用

角度1电梯中的超重、失重的计算

【典例3】侈选）（2024福州高一检测）在电梯中把一重物置于水平台秤上台秤与

力传感器相连，电梯先从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动。

传感器屏幕上显示出台秤所受的压力与时间的关系（N-/）图像，如图所示,g取

10m/s2,下列说法正确的是（）

A.电梯在启动阶段经历了4s的加速上升过程

B.电梯的最大加速度是ym/s2

C.重物在。到4s的时间里,先超重后失重

D.在整个过程中，重物所受重力先变大，后不变,再变小，最后又不变

［思维导引］

程序内容

研究对象重物

获取信息从（N-力图得到最大压力

选择规律根据牛顿第二定律求解最大加速度

【解析】选A、Bo由题图可知，重物在。〜4s一直处于超重状态，加速度向上，电

梯加速上升，故C错误,A正确;由题图可知,重物的重力为30N,当压力最大为50N

时，具有向上的最大加速度，由牛顿第二定律有N-G=〃,解得m/s?,故B正确;

g3

在整个过程中，重物所受重力保持不变，故D错误。

角度2运动中的超重、失重的计算

【典例4]（2024.广州高一检测）引体向上是高中学生体质健康标准的测试项目之

-o如图甲所示,质量为机=55kg的某同学，双手抓住单杠做引体向上，在竖直向上

运动过程中，其重心的速度随时间变化的图像如图乙所示,g取10m/s2,由图像可

知，下列选项错误的是（）

甲

A.U1.0s时他的加速度约为0.3m/s2

B.0-1.0s,他的位移约为0.15m

C.^1.0s时他受到单杠的作用力大小约为550N

D.ul.5s时，他正处于失重状态

【解析】选C。巾图像的斜率表示加速度,0〜LIs内力图像近似一条直线，可认

为0-1.1s内学生做匀加速运动厂1.0s时，他的加速度约为a=—=—xl0~2m/s2=0.3

△t1.0

m/s2,故A正确；I图像与横坐标轴围成的面积表示位移,0〜1.0s,他的位移约为

A：=|x30xl0_2xlm=0.15m,故B正确;Ul.Os时,根据牛顿第二定律尸他受到

单杠的作用力大小约为尸=566.5N,故C错误产1.5s时,v-t图像的斜率为负他的

加速度方向向下，正处于失重状态，故D正确。

对点训练

L（2024.汕尾高一检测）学生利用一弹簧测力计把质量m=lkg的物体静止悬吊在

竖直电梯的天花板下，弹簧测力计的示数随时间的变化如图所示，取g=10m/s2,他

想通过弹簧测力计的示数来判断电梯的运动情况，下列说法正确的是（）

F/N

15--------------------;

10——-I------：

5------：：

0369r/s

A.3-6s内，电梯的加速度为10m/s2

B.电梯全程处于下行状态

C.电梯先向下后向上运动

D.电梯先减速接着加速运动

【解析】选B物体在0〜3s内的加速度为“产金皂一m/s2=5m/s?,加速度的

om1

方向与重力加速度的方向相同,所以电梯向下做加速运动;3〜6s弹簧测力计的示

数等于重力，则电梯向下做匀速运动;6〜9s内物体的加速度。2=再也=-5m/s?加速

m

度的方向与重力加速度的方向相反，所以电梯向下做减速运动。综上所述,电梯向

下先加速接着匀速最后减速运动，全程处于下行状态，故B正确,A、C、D均错误。

2.（多选）某同学用一手机传感器软件探究电梯上升过程中的超失重现象，该软件

可以实时测量手机运动时的加速度。现该同学携带该手机进入电梯，先运行手机

加速度传感器软件采集数据，之后按下按钮电梯上升，传感器上显示电梯上升过

程中加速度a随时间t变化的情况如图所示，重力加速度g=10向$2,则（）

a/(m/s2)

010122830t/s

A.在10〜12s内,该同学处于超重状态

B.若该同学的体重为60kg,上升阶段他对电梯的最大压力为582N

C.电梯一共上升的距离为10.8m

D.在0〜30s内该同学受到电梯的支持力先减小后增大

【解析】选A、Co由题图可知10〜12s内支持力大于重力，则该同学处于超重状

态，对电梯的压力最大，对其进行受力分析，由牛顿第二定律有由题图可

知斫0.3m/s2,代入数据解得N=618N,根据牛顿第三定律可知，上升阶段该同学对

电梯的最大压力为618N,故A正确,B错误。10〜12s内电梯匀加速上升的距离为

si=）号=0.6m,且12s末的瞬时速度为vi-ati-0.6m/s;12-28s内电梯匀速上升的

距离为S2=V/2=9.6m;28~30s内电梯匀减速上升的距离为卞也舄屋状=0.6m,则电

梯一共上升的距离S=SI+S2+S3=10.8m,故C正确。10~12s内该同学处于超重状态,

支持力大于重力;12~28s内电梯匀速运行,支持力和重力相等;28~30s时间内加速

度向下，该同学处于失重状态,支持力小于于重力。所以在0~30s内，该同学受到

电梯的支持力先增大后减小，故D错误。

【拓展例题】考查内容:超重、失重与牛顿第二定律的瞬时性综合

【典例】（多选）（2024.滁州高一检测）如图所示，在减速运动的升降机里，顶板的细

线下悬挂小球A,下接一轻弹簧测力计和小球B。已知mA=mB=5kg,弹簧测力计读

数稳定为40N,（g=10m/s2）则下列说法正确的是（）

A.升降机正在上升

B.升降机正在下降

C.若某时刻剪断细线，剪断细线瞬间A的加速度大小是18m/s2

D.若某时刻剪断细线，剪断细线瞬间B的加速度大小是0

【解析】选A、Co对B球受力分析,其受到竖直向下的重力以及竖直向上的拉

力，则根据牛顿第二定律可知机解得a"等=2m/s2,B球加速度方向向下,

因为是在减速运动的升降机里，故升降机向上运动，故A正确,B错误。若某时刻剪

断细线，因为细线上的力可以突变，弹簧上力不能突变，剪断细线后小球A受竖直

向下的重力与拉力，则有0=（40+5x10）N=90N,则球A的加速度为&=@=

m

m/s2-18m/sz;同理可知剪断细线瞬间球6的加速度依旧为剪断前的加速度，为

2m/s2,故C正确,D错误。

随堂检测•自我诊断

1.（对超重、失重的理解）电梯上升过程中，某同学用智能手机记录了电梯速度随时

间变化的关系，如图甲所示。为简化问题，将图线简化为图乙，电梯处于超重状态的

时段是（）

(

乂

)日Lo

，

一.O

褪.5o

眼OS..O

WO

剧

时间*s）

乙

A.从10.0s至I」11.8s

B.从11.8s至I」20.0s

C.从20.0s至I」27.5s

D.从27.5s至I」30.0s

【解析】选A。y4图像的斜率表示加速度，由图乙可知，从10.0s到11.8s时间段,

电梯有向上的加速度，处于超重状态。

2.（对超重、失重的理解）跳高是田径比赛中一项技术性较强的运动，完整的过程中

包含很多物理知识，下列说法正确的是（）

A.助跑过程，运动员的重力的反作用力是地面对运动员的支持力

B.还未离地的起跳上升阶段，地面对运动员的作用力大于运动员对地面的作用力

C.整个起跳上升阶段，运动员先处于超重状态后处于失重状态

D.在最高点运动员还能继续越过横杆，是因为受到了一个向前的冲力

【解析】选Co根据作用力与反作用力的特点，作用力与反作用力应分别作用在

两个物体上,所以运动员的重力的反作用力是运动员对地球的吸引力，而重力和

地面对运动员的支持力是一对平衡力，故A错误;地面对运动员的作用力和运动

员对地面的作用力是一对作用力与反作用力，根据作用力与反作用力的特点，作

用力与反作用力应大小相等，故B错误;整个起跳上升阶段中运动员先向上做加

速运动，加速度方向向上，后向上做减速运动，加速度方向向下，所以运动员先处于

超重状态，后处于失重状态，故C正确;运动员还能继续越过横杆，是由于运动员具

有惯性，将保持向前的运动状态，而不是受到了一个向前的冲力，故D错误。

3.（对超重、失重的理解）（多选）如图甲所示是我国自主研制的吨位2600t全地面

起重机。该起重机能够实现160m高度吊重173t（相当于100多辆家用汽车加起

来的重量）的极限工况，可以通过狭窄、起伏的山地。该起重机吊着一箱货物竖直

下降,货物距离地面的高度h与时间t的关系简化图如图乙所示，图中九72段为直

线，忽略重力加速度的变化，下列说法正确的是（）

A.071时间内，货物处于失重状态

B/T