2024届高考物理大一轮复习：第四章 6 超重和失重

6超重和失重

［学习目标］1.了解测量重力的两种方法，知道什么是视重.2.知道什么是超重和失重现象，会

利用牛顿运动定律分析超重和失重的问题.

梳理教材夯实基础

一、重力的测量

1.方法一：利用牛顿第二定律

先测量物体做自由落体运动的加速度g,再用天平测量物体的质量孙利用牛顿第二定律可

得G=〃吆.

2.方法二：利用力的平衡条件

将待测物体悬挂或放置在测力计上,使它处于静止状态.这时物体受到的重力的大小等于测

力计对物体的拉力或支持力的大小.

二、超重和失重

1.视重：体重计的示数称为视重,反映了人对体重计的压力.

2.失重现象

（I）定义：物体对支持物的玉力（或对悬挂物的拉力必立物体所受重力的现象.

⑵产生条件：物体具有竖直向下（选填“竖直向上”或“竖直向下”）的加速度.

3.超重现象

（I）定义：物体对支持物的玉力（或对悬挂物的拉力）2迂物体所受重力的现象.

⑵产生条件：物体具有竖直向上（选填“竖直向上”或“竖直向下”）的加速度.

4.完全失重状态

（1）定义：物体对支持物的玉力（或对悬挂物的拉力）等于零的状态.

（2）产生条件：a=g,方向竖直向下.

O即学即用

1.判断下列说法的正误.

（I）超重就是物体受到的重力增加了.（X）

（2）物体处于完全失重状态时，物体的重力就消失了.（X）

（3）物体处于超重状态时，物体一定在上升.（X）

（4）物体处于失重状态时，物体可能在上升.（J）

2.质量为50kg的人站在电拂内的水平地板上，当电梯以大小为0.5m*的加速度匀减速上

升时，人对电梯地板的压力大小为N（g取lOm/s2）.

答案475

探究重点提升素养

一、超重和失重的判断

【导学探究】

如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动.

⑴电梯启动瞬间加速度沿什么方向？此时人受到的支持力与其重力的大小关系如何？电梯

匀速向上运动时，人受到的支持力与其重力的大小关系如何？

⑵电梯将要到达目的地减速运动时加速度沿什么方向？人受到的支持力与其重力大小关系

如何？

(3)以上哪种运动人处丁超重状态？哪种运动处丁失重状态？

答案(1)电梯启动瞬间加速度方向向上，人受到的合力方向向上，所以支持力大于重力；电

梯匀速向上运动时，人受到的合力为零，所以支持力等于重力.

(2)减速运动时，因速度方向向上，故加速度方向向下，印人受到的合力方向向下，所以支持

力小于重力.

(3)向上加速运动时处于超真状态，向上减速运动时处于失重状态.

【知识深化】

1.对视重的理解

当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上相对静止时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视

重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压刀.

当物体处于超重或失重状态时，物体的重力并未变化，只是视重变了.

2.超重、失重的比较

特征状态加速度视重(F)与重力的关系运动情况受力图

静止或匀速直

平衡r

4=0

线运动

竖直向上或F

由F—mg=ma得F=向上加速或向

超重有竖直向上a

m(g+a)>mg下减速\

的分量=1g

竖直向下或

由mg—F=〃】a得F=向下加速或向

失重有竖直向下a

<mg上减速

的分量

自由落体运k

完全失重a=gF=0动、竖直上抛

运动mg

m112021年9月17日,搭载着3名英雄航天员的神舟十二号载人飞船返回舱成功着陆于

东风着陆场，标志着神舟十二号返回任务取得圆满成功.宇航员在火窗发射与飞船回收的过

程中均要经受超重与失重的考验，卜列说法正确的是（）

A.火箭加速上升时，宇航员处于超重状态

B.火箭加速上升时，宇航员对座椅的压力小于自身重尢

C.在飞船绕地球运行时，宇航员处于完全失重状态，贝!宇航员的重力消失了

D.£船落地前减速下落时，宇航员处于失重状态

答案A

解析火箭加速上升时，加速度方向向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于

自身的重力，宇航员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，选项A正确，B错误；字

航员处于完全失重状态时，仍然受重力，选项C错误；飞船落地前减速下落时，加速度方向

向上，根据牛顿第二定律可知宇航员受到的支持力大于自身的重力，宇航员处于超重状态，

选项D错误.

■规律总结

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时处于超重状态，具有向下的加速度时处

于失重状态，向下的加速度为身时处于完全失重状态.

3.注意：超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关.

针对训练（2022.枣庄三中高一上月考）某同学站在电梯底板上，如图所示的。一，图像是计算

机显示的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，

可以判断下列说法正确的是（）

2—7~

I

10152()〃$

个质量为20kg的物体(g=10m/s2),则：

⑴当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？

⑵当升降机以Im/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的

压力大小是多少？

(3)当升降机以5m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体对台秤的

压力大小是多少？

(4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？

答案(l)200N(2)超重220N(3)失重100N(4)0

解析(1)当升降机匀速上升时，

根据FN=”电=200N

根据牛顿第三定律，物体对台杆的压力大小为200N.

(2)当升降机以1mH的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态，

根据牛顿第二定律FN'—mg=mai

解得产N'=220N,由牛顿第三定律，

物体对台秤的压力大小为220N.

(3)当升降机以5m/s2的加速度减速上升时，

加速度方向向下，物体处于失重状态，

根据牛顿第二定律mg—FN"=maz

解得AN〃=100N,由牛顿第三定律，

物体对台秤的压力大小为100N.

(4)当升降机自由下落时，

加速度等于重力加速度，则物体处于完全失重状态，

则物体对台杆的压力为0.

三、超重和失重的综合应用

若系统中某一部分有向上或向下的加速度，则系统整体处于超重或失重状态.

【例4】如图所示，质量为〃的斜面体始终处于静止状态，重力加速度为g,当质量为〃？的

物体以加速度〃沿斜面加速下滑时有()

A.地面对斜面体的支持力大于

B.地面对斜面体的支持力等于

C.地面对斜面体的支持力小于(M+/〃)g

D.由于不知道。的具体数值，无法判断地面对斜面体的支持力的大小与的关系

答案c

解析对斜面体和物体组成的系统，当物体具有向下的加速度而斜面体保持平衡时，可以认

为系统的重心向下运动，故系统具有向下的加速度，处亍失重状态，所受到的地面的支持力

小于系统的重力（M+m）g,故选C.

课时对点练

:基础对点练

考点一超重和失重的分析和判断

1.（多选）下列有关超重与失重的说法正确的是（）

A.体操运动员双手握住单杠吊在空中静止不动时处于失重状态

B.蹦床运动员在空中上升和下降过程中都处于失重状态

C.举重运动员在举起杠铃后静止不动的那段时间内处于超重状态

D.不论是超重、失重或是完全失重，物体所受的重力都没有发生改变

答案BD

解析体操运动员双手握住单杠吊在空中静止不动时单杠对运动员的拉力等于运动员的重

力，运动员既不处于超重状态也不处于失重状态，A错误：蹦床运动员在空中上升和下降过

程中都有方向竖直向下的m速度，都处于失重状态，B正确；举重运动员在举起杠铃后静止

不动的那段时间内地面对运动员和杠铃的支持力等于运动员和杠铃的重力，运动员和杠铃既

不处于超重状态也不处于失重状态，C错误；不论是超重、失重或是完全失重，物体所受的

重力都没有发生改变，D正确.

2.如图所示为游乐场中的一种大型游乐设施跳楼机，它可以使人体验超重和失重.参加游戏

的游客被安全带固定在座椅上，升降机从静止开始经历加速、匀速、减速过程，将座椅提升

到•定高度处，然后由静止释放，落到--定位置时，制动系统启动，座椅做减速运动，下降

到某一高度时停下.在上述过程中，关于座椅中的人所处的状态，下列判断正确的是（）

A.在座椅.1二升的整个过程中人都处于超重状态

B.在座椅减速上升的过程中人处于超重状态

C.在座椅下降的整个过程中人都处于失重状态

D.在座椅减速下降的过程中人处于超重状态

答案D

解析在座椅加速上升的过程中人处于超重状态,减速上升的过程中人的加速度的方向向下.

处于失重状态，故A、B错误：在座椅减速下降的过程中人的加速度的方向向上，人处于超

重状态，故C错误，D正确.

3.如图所示，A、8两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，不计空气对

人的阻力，下列说法正确的是（）

A.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零

B.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于3的重力

C.在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力

D.在降落伞打开后减速下降过程中，安全带的作用力小于B的重力

答案A

解析降落伞未打开时，43两人一起做自由落体运动，处于完全失重状态，则A、6之间

安全带的作用力为0,A匚确，B、C错误；降落伞打开后，A、5减速下降，加速度向上，

则4、8处于超重状态，对8有：Fy—mg=ma,即FT=〃?g故D错误.

4.某同学站在电梯底板上，如图所示的。一，图像是计算机显示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.下见说法正确的是（）

A.。〜8s内，电梯向上运动，该同学始终处于超重状态

B.。〜2s内，电梯加速上升，该同学处于超重状态

C.6〜8s内，该同学对电梯底板的压力大于他所受的重力

D.12〜14s内，电梯在减速下降，该同学处于失重状态

答案B

解析0〜8s,电梯速度始终为正值，因此也梯向上运动，。〜2s电梯加速向上，该同学处

于超重状态，2〜6s电梯该同学处于平衡状态，6〜8s电梯减速向上，该同学失重状态，该

同学对电梯底板的压力小于所受重力，故A、C错误，B正确：12〜14s,电梯减速下降，加

速度向上，该同学处于超重状态，故D错误.

考点二超重、失重的有关计算

5.（多选）（2022・宁夏育才中学高一期末）电梯的顶部挂一个弹簧测力计，弹簧测力计下端挂了

一个质量为1kg的重物，电梯在做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10N,在某时刻电

梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12N.关于电梯的运动，以下说法正确的是（g取

10m/s2)()

A.电梯可能向上加速运动，加速度大小为2m/s2,处于超重状态

B.电梯可能向下加速运动，加速度大小为4m收,处于失重状态

C.电梯可能向上减速运动，加速度大小为4m/s2,处于失重状态

D.电梯可能向下减速运力，加速度大小为2mH,处于超重状态

答案AD

解析电梯在做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数为10N,即质量为1kg的重物重力为

10N,某时刻电梯中的人观察到弹簧测力计的示数变为12N,属于超重现象，超重时，加速

度向上，向上加速和向下减速的加速度都是向上的，由牛顿第二定律可得尸一〃吆=〃山，解得

a=2m/s2,A、D正确.

6.(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，小明质量

为55kg,电梯由启动到停止的过程中，下列说法正确的是(g取10m/sW)

甲乙

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0.7m/s2

答案ABD

解析由题图中可知小明处于平衡状杰，电梯此时处干静止或匀速运动状杰，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

Fz-ma

误；由题图乙知，此时小明受到的支持力大小为尸N=590N,则加速度大小为。=—六七

0.7m/s2,D正确.

口能力综合练

7.如图所示，在某次无人机竖更送货实验中，无人机的质量M=1.5kg,货物的质量〃?=1kg,

无人机与货物间通过轻绳相连.无人机以恒定动力尸=3()N和货物一起从地面开始加速上升,

不计空气阻力，重力加速度取g=10.则()

A.货物加速上升时处于失重状态

B.货物加速上升时的加速度。=20mH

C.货物加速上升时轻绳上的拉力FT=10N

D.货物加速上升时轻绳上的拉力"T=12N

答案D

解析货物加速上升时加速度向上，处于超重状态，故A错误；对无人机和货物整体，有尸

—（M+〃?）g=（M+/〃）〃，解得。=2mH,故B错误；对货物，有FLmg=ma,解得尸r=12N,

故C错误，D正确.

8.（2021•北京市石景山区高一期末）某志愿者站在力传感器上分别完成下蹲和站起动作，计算

机同时采集相应的数据，如图所示，这是做其中一个动作时，力传感器的示数随时间变化的

情况，下面判断正确的是（

A.这是站起过程,先失重后超重

B.这是站起过程,先超重后失重

C.这是蹲F过程,先失重后超重

D.这是蹲下过程,先超重后失重

答案C

解析根据题图可知,加速度先向下后向上,而蹲下过程,先向下加速运动.再向下减速到

停止，加速度先向下再向上，先失重后超重，故C正确，A、B、D错误.

9.（多选）某地一观光塔总高度达600m,游客乘坐观光电楞大约1min就可以到达观光平台.若

电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在f=0时由静止开始上升,a—f图像如图所示.则

下列说法正确的是（）

A.f=4.5s时，电梯处于超重状态

B.5〜55s时间内，绳索拉力最小

C.1=59.5s时，电梯处于超重状态

D.f=60s时，电梯速度恰好为0

答案AD

10.（2021・包头市高一期木）如图为某电梯铭牌，该电梯额定载客人数为14人，额定载重量为1

050kg,当电梯受到的压力超过额定载重物体的重力时电梯会鸣笛警示.该电梯在八层停靠

时进入15位乘客，15位乘客总质量1040kg.则下列说法正确的是()

载重量：1()5()kg

教客：14人

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卜运动时，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一定不会鸣笛警示

答案C

解析由于15位乘客的总质量为I040kg,而电梯额定载重量为I05()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，所以电梯不会鸣笛警示，A错误：当电梯从八

层开始向下运动时，加速度向下，由牛顿第二定律知〃一/N,由牛顿第三定律知尸N=

,则此时乘客给电梯的压力bN'小于乘客的重力，分析可得出电梯不会鸣笛警示，B错

误；当电梯从八层下降到一层，快要停止时，加速度向上，由牛顿第二定律知"心=心一，〃8,

由牛顿第三定律知尺=尸/,则此时乘客给电梯的压力/N'大于乘客的重力，可能大于电

梯的额定载重量，则电梯可能会鸣笛警示，C正确，D错误.

11.(多选)小明同学用台秤研究人在竖直升降电梯中的超重与失重现象.他在地面上用台秤称

得自己的体重为500N,再将台秤移至电梯内称其体重，电梯从，=0时由静止开始运动到，

=11s时停止，得到台秤的示数r随时间■变化的图像如图所示，g取lOm/sz.下列说法正确

的是()

F/N

尸3....................TH

°21011//S

A.在0〜2s内，小明处于超重状态

B.在0〜2s内，小明加速度大小为1m/s?

C.在10〜Us内，台秤示数为6=600N

D.在0〜11s内，电梯通过的距离为18m

答案BC

解析由题图可知，在()〜2s内，台秤对小明的支持力为向=450N,由牛顿第二定律有/”g

一石=〃刈，解得m=lm/s2,加速度方向竖直向下，故小明处于失重状态，故A错误，B正

确：设在10~11S内小明的加速度为。3,时间为13=1S,0〜2s的时间为ti=2S,则。"1=。3/3,

解得的=2m*,由牛顿第二定律有23—〃?g=〃"3,解得B=600N,故C正确；0〜2s内位

移力=呼1力2=2m,2〜10s内位移X2=。£〃2=00/2=16n,10~l1s内位移.13=2。3白2=1m,

则0〜Us内，电梯通过的距离为X=笛+工2+即=19m,故D错误.

12.在电梯中，把-物体置于水平台秤上，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；传感器的屏暮上显示出其所受的压力与时间的关

系图像，如图所示(g取lOm/s?),则：

1()

5

02461012141618

时间(s)

(1)电梯在启动阶段经历了多长时间的加速上升过程？

(2)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？

(3)算出电梯在超重和失重时的最人加速度分别是多人？

答案(1)4s(2)30N不变⑶空m/s?ym/s2

解析(1)由题图可知：电悌在启动阶段经历了4s加速上升过程.

(2)根据题意知，在4〜18s时间内，物体随电梯一起匀速运动，由平衡条件及牛顿第三定律

知，台秤受的压力大小和物体的重力相等，即G=30N

根据超重和失重的本质知物体的重力不变.

(3)超重时：台拜对物体的支持力最大