4.6超重与失重（解析版）-2025年高一物理同步培优讲练（人教版必修第一册）

4.6超重与失重一、基本概念1、实重和视重（1）实重：物体实际所受的重力，它与物体的运动状态无关(2)a＝g，方向竖直向下.二、判断超重和失重的方法特征状态加速度视重(F)与重力关系运动情况受力示意图平衡a＝0F＝mg静止或匀速直线运动超重向上由F－mg＝ma得F＝m(g＋a)>mg向上加速或向下减速失重向下由mg－F＝ma得F＝m(g－a)<mg向下加速或向上减速完全失重向下且a＝g由mg－F＝ma得F＝0自由落体运动，抛体运动三、对超重和失重现象的理解2、物体处于超重或失重状态只与加速度方向有关，而与速度方向无关ma题型1超重与失重现象（2023秋•雁塔区期末）某质量为60kg的人站在随电梯运动的台秤上观看自身体重随电梯运动的变化情况，若电梯运动的v﹣t图像如图所示。（取电梯向上运动的方向为正，g取10m/s2）下列表述正确的是（）A．0～2s内，台秤示数为660N，电梯加速上升，人处于失重状态 B．0～2s内，台秤示数为540N，电梯加速上升，人处于超重状态 C．5s～6s内，台秤示数为720N，电梯减速上升，人处于超重状态 D．5s～6s内，台秤示数为480N，电梯减速上升，人处于失重状态【解答】解：A、0～2s内，加速度大小是1m/s2，根据牛顿第二定律和牛顿第三定律得台秤示数为660N，电梯加速上升，加速度方向向上，所以人处于超重状态，故A错误，B错误C、5s～6s内，加速度大小是2m/s2，加速度方向向下，根据牛顿第二定律和牛顿第三定律得台秤示数为480N，人处于失重状态。故C错误，D正确故选：D。当物体对接触面的压力大于物体的真实重力时，就说物体处于超重状态，此时有向上的加速度；当物体对接触面的压力小于物体的真实重力时，就说物体处于失重状态，此时有向下的加速度；如果没有压力了，那么就是处于完全失重状态，此时向下加速度的大小为重力加速度g．（2023秋•乌兰察布期末）2023年10月7亚运会女排决赛，中国女排3比0横扫本女排得冠军。图为女排运动员跳起击球时的镜头，下列对运动员和排球描述正确的是（）A．排球离开手后触地前做匀速直线运动 B．排球受到弹力作用是因为手发生形变引起的 C．运动员在最高点处速度为零，处于平衡状态 D．运动员手击打排球的力大于排球对手的作用力【解答】解：A．排球离开手后触地前，受重力作用，将做抛体运动。故A错误；B．由弹力的产生条件可知，排球受到弹力作用是因为手发生形变引起的。故B正确；C．运动员在最高点处速度为零，受自身重力作用，具有加速度，处于失重状态。故C错误；D．根据牛顿第三定律可知，运动员手击打排球的力等于排球对手的作用力。故D错误。故选：B。（2023秋•宁波期末）如图所示，浙江运动员李玲在参加杭州亚运会女子撑杆跳高比赛时，以4.63m的成绩夺得金牌，并再度刷新亚运会赛事纪录。其完整的撑杆跳高过程可简化为三个阶段——持杆助跑、撑杆起跳上升、越杆下落着地。下落时，人杆分离，最后落在软垫上速度减为零。不计空气阻力，则（）A．研究其越杆过程的技术动作可将李玲视作质点 B．李玲越过杆后在空中下落的过程中处于完全失重状态 C．李玲在撑杆起跳上升的过程中，撑杆对她的力始终沿杆 D．李玲落在软垫上的运动过程中，软垫对她的作用力大小大于她对软垫的作用力大小【解答】解：A、研究其越杆过程的技术动作时，运动员的大小不能忽略，不可将李玲视作质点，故A错误；B、李玲越过杆后在空中下落的过程中，加速度为重力加速度g，处于完全失重状态，故B正确；C、李玲在撑杆起跳上升的过程中，撑杆对她的力不是始终沿杆的方向，故C错误；D、李玲落在软垫上的运动过程中，软垫对她的作用力与她对软垫的作用力是相互作用力，等大反向，故D错误。故选：B。（2023秋•福州期末）跳跳杆是一种深受小朋友喜爱的弹跳器。可以自由伸缩的中心弹簧，一端固定在跳杆上，另一端固定在与踏板相连的杆身上，当人在踏板上用力向下压缩弹簧，然后弹簧向上弹起，将人和跳杆带离地面。当某同学玩跳跳杆时从最高点竖直下落到最低点的过程中，忽略空气阻力的影响，下列说法正确的是（）A．下落全过程中，该同学速度一直减小 B．下落全过程中，该同学加速度先增大后减小 C．下落全过程中，跳杆刚接触地面时，该同学速度最大 D．下落全过程中，跳跳杆形变量最大时，该同学处于超重状态【解答】解：ABC、下落全过程中，跳跳杆接触地面前，该同学和跳跳杆做自由落体运动，速度增大，加速度保持不变；跳跳杆刚接触地面后，一开始弹簧弹力小于该同学和跳杆的总重力，该同学和跳杆继续向下做加速度减小的加速运动，当弹簧弹力等于该同学和跳杆的总重力时，该同学和跳跳杆的速度达到最大，之后弹簧弹力大于该同学和跳杆的总重力，该同学和跳杆继续向下做加速度增大的减速运动，故下落全过程中，该同学速度先增大后减小，加速度先减小后增大，故ABC错误；D，下落全过程中，跳跳杆形变量最大时，加速度方向向上，该同学处于超重状态，故D正确。故选：D。（2023秋•太原期末）蹦极是一项极限体育项目，运动员身拴弹性绳从高处跳下，在弹性绳被拉直前做自由落体运动。当弹性绳被拉直后，运动员继续下降，到达最低点后再向上运动。不计空气阻力，下列说法正确的是（）A．运动员下降过程中，在弹性绳被拉直后，一直处于失重状态 B．运动员下降过程中，在弹性绳被拉直后，先处于超重状态后处于失重状态 C．运动员上升过程中，在弹性绳恢复原长前，一直处于超重状态 D．运动员上升过程中，在弹性绳恢复原长前，先处于超重状态后处于失重状态【解答】解：AB、运动员下降过程中，在弹性绳被拉直后，一开始弹力小于重力，运动员继续向下加速运动，加速度方向向下，运动员处于失重状态，当弹力大于重力时，运动员向下减速运动，加速度方向向上，运动员处于超重状态，故AB错误；CD、运动员上升过程中，在弹性绳恢复原长前，一开始弹力大于重力，运动员向上加速运动，加速度方向向上，运动员处于超重状态，当弹力小于重力时，运动员向上减速运动，加速度方向向下，运动员处于失重状态，故C错误，D正确。故选：D。题型2超重与失重的有关计算（2023秋•福田区校级期末）如图所示，质量为m的人站在倾角为θ的自动扶梯的水平踏板上，随扶梯一起斜向上做匀减速直线运动，加速度大小为a，重力加速度为g，下列说法正确的是（）A．人未受到摩擦力作用 B．人处于超重状态 C．踏板对人的摩擦力大小Ff＝masinθ D．踏板对人的支持力大小FN＝mg﹣masinθ【解答】解：AB．把加速度分解为水平和竖直两个方向，可知加速度具有水平向左的分加速度，根据牛顿第二定律可知人受到水平向左的摩擦力作用，加速度具有竖直向下的分加速度，人处于失重状态。故AB错误；CD．对人受力分析，有Ff＝macosθ，mg﹣FN＝masinθ解得FN＝mg﹣masinθ故C错误，D正确。故选：D。将人的加速度分解到水平方向和竖直方向，根据牛顿第二定律列式求解即可。（2023秋•天河区期末）某人站在压力传感器上做“下蹲一起立”的动作时，记录的压力随时间变化的图线如图所示，纵坐标为力（单位为N），横坐标为时间（单位为s），由图线可知，该人的体重约为650N。除此之外，还可以得到的信息是（）A．该人做了一次“下蹲一起立”的动作 B．下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态 C．5s末人正在向下匀速运动 D．下蹲过程中人的最大加速度约为5m/s2【解答】解：AB．人在下蹲的过程中，先加速向下运动后减速向下运动，所以人先失重后超重，人在起立的过程中，先加速向上运动后减速向上运动，所以人先超重后失重，完成下蹲或者起立后人对传感器的压力等于自身重量，对照图中曲线的变化可知，该人做了一次“下蹲一起立”的动作，故A正确、B错误；C．由图可知5s末时人完成了下蹲动作，并且对传感器的压力等于自身重量，说明此时人静止的蹲在传感器上，故C错误；D．根据牛顿第二定律可知，下蹲过程中人的加速度为a=G−所以人的加速度最大时候就是传感器提供的支持力最小的时候，由图可知最小的支持力约为180N，所以人的最大加速度约为amax故D错误。故选：A。（2023秋•南开区期末）某课外兴趣小组开展超重、失重体验与研究。在竖直运行的升降电梯内地板上放一体重计，小郭同学站在体重计上，电梯静止时体重计示数为50kg。某一段时间内，发现体重计示数稳定如图所示。若g＝10m/s2，则在这段时间内（）A．电梯在向下做匀速运动 B．电梯的加速度为2m/s2，方向一定竖直向下 C．电梯在以2m/s2的加速度向下匀减速运行中 D．小郭同学的体重变为40kg【解答】解：ABC.由图可知，小郭同学处于失重状态，则电梯的加速度方向一定竖直向下，电梯可能减速上升也可能加速下降，设加速度大小为a，根据牛顿第二定律可得mg﹣N＝ma，解得加速度大小为a=mg−Nm，解得a＝2m/sD.小郭同学处于失重状态，但小郭同学体重不变仍为50kg，故D错误。故选：B。（2023秋•盘龙区期末）2023年10月3日，杭州亚运会跳水女子10m跳台决赛展开争夺，中国队选手全红婵以438.20分夺得冠军，队友陈芋汐落后2.55分获得亚军，马来西亚选手帕姆格以280.50分排名第三。图甲是中国队选手全红婵获得冠军的一张跳水图片，图乙为其竖直分速度与时间的关系图像，以其向上离开跳台时作为计时起点，运动过程中视其为质点，则（）A．在0～t2时间内该运动员在竖直方向上做匀变速直线运动 B．在t2～t3时间内运动员处于失重状态 C．t3时刻运动员开始进入水面 D．在0～t1时间内与t1～t2时间内运动员的加速度大小相等方向相反【解答】解：A.在v﹣t图像中，斜率表示加速度，0～t2时间内斜率不变，加速度不变，因此该运动员在竖直方向上做匀变速直线运动，故A正确；B.在0～t2时间内全红婵加速度方向竖直向下且图线斜率为正，t2～t3时间内图线斜率变为负值，所以加速度方向变为竖直向上，运动员处于超重状态，故B错误；C.从全红婵起跳到恰好入水的过程中，图线斜率不变，其加速度不变，在入水后，减速运动，加速度将发生突变，即在t2时刻开始进入水面，t3刻速度变为零，到达水中最低点，故C错误；D.在0～t1时间内与t1～t2时间内图线斜率相同，加速度相同，故D错误。故选：A。（2023秋•辽宁期末）“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，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，人再与固定在地面上的拉力传感器相连，传感器示数为1200N。打开扣环，人从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经B上升到最高位置C点，在B点时速度最大。人与装备总质量m＝60kg（可视为质点）。忽略空气阻力，重力加速度g取10m/s2。下列说法正确的是（）A．上升过程，人的加速度先增大后减小 B．打开扣环瞬间，人的加速度大小为20m/s2 C．在B点，人处于超重状态 D．在C点，人处于超重状态【解答】解：A、人从A点到B点过程，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，则弹性绳的弹力F减小，根据牛顿第二定律F﹣mg＝ma，可知加速度减小；从B点到C点过程，弹性绳的拉力小于人的重力，随着人向上运动，弹性绳的伸长量继续减小，则弹性绳的弹力F减小，直到减小到0，根据牛顿第二定律有mg﹣F＝ma，可知加速度增大，直到增大到g，故A错误；B、固定在地面时传感器示数为T＝1200N，设此时弹性绳的弹力为F，由平衡条件得F＝T+mg打开扣环瞬间，对人根据牛顿第二定律得F﹣mg＝ma代入数据解得人的加速度大小为a＝20m/s2，故B正确；C、在B点时人的速度最大，此时人所受合力为零，加速度为零，弹性绳的弹力等于重力，不是处于超重状态，故C错误；D、在最高点C点速度为零，只受重力，有向下的加速度，故人处于失重状态，不是超重状态，故D错误。故选：B。【基础强化】（2023秋•台州期末）杭州外卖小哥彭清林“惊人一跳”挽救了一名年轻女子。彭清林在空中可看作自由下落，时间约为1.8s，以下说法正确的是（）A．下落高度约为32m B．落水前1s内的位移约为5m C．落水前的瞬时速度约为32m/s D．自由下落过程中彭清林处于失重状态【解答】解：A．根据题意，由公式ℎ=1ℎ=1B．根据题意，由公式ℎ=1Δℎ=1故B错误；C．根据题意，由公式v＝gt可得，落水前的瞬时速度约为v＝gt＝10×1.8m/s＝18m/s，故C错误；D．加速度向下为失重状态，加速度向上为超重状态；自由下落过程中，彭清林具有向下的加速度，处于失重状态，故D正确。故选：D。（2023秋•碑林区校级期末）打开手机加速度传感器APP，手握手机迅速下蹲，手机记录的图像如图所示，a、b分别为图像的峰值，则（）A．峰值a对应时刻，人向下运动的速度最大 B．峰值b对应时刻，人向下运动的速度最大 C．峰值a对应时刻，人对地面的压力小于自身重力 D．峰值b对应时刻，人对地面的压力小于自身重力【解答】解：人手握手机迅速下蹲，速度先增大再减小，人先加速后减速，加速度先减小后增大，人对地面的压力先小于自身重力后大于自身重力，所以峰值不可能对应速度最大值，开始下蹲时压力小于自身重力对应峰值b，故ABC错误，D正确。故选：D。（2024•温州二模）如图所示，小球从距地面高度h1＝1.25m的A点由静止释放，经地面第一次反弹，竖直上升至最高点B，B点距地面高度h2＝0.8m，不计空气阻力，下列说法正确的是（）A．小球在B点处于静止状态 B．小球下降过程处于失重，上升过程处于超重 C．小球与地面作用过程速度变化量的大小为1m/s D．小球下降过程的平均速度大小大于上升过程的平均速度大小【解答】解：A、小球在B点速度为零，但合力不为零，不是平衡状态，故A错误；B、小球下降过程和上升过程加速度方向均向下，处于失重状态，故B错误；C、根据机械能守恒定律得，mg整理解得v=代入数据解得v＝5m/s，规定向上为正方向，根据动量定理得（mg﹣F）t＝0﹣（﹣mv）整理解得F=mg+mv可知小球与地面作用过程速度变化量的大小大于5m/s，故C错误；D、根据平均速度的定义式v=故选：D。（2023秋•福州期末）我国的无人机在各行各业中有着广泛的应用。在一次高空摄影过程中，地面测控系统测出无人机从地面起飞，竖直方向上运动的速度v随时间t变化规律如图所示，t4时刻无人机回到地面，下列说法正确的是（）A．t1时刻无人机上升到最高位置 B．t1～t2时间内无人处于超重状态 C．0～t1时间内，无人机的加速度先减小后增大 D．0～t2时间与t3～t4时间内图线与时间轴所围面积大小相等【解答】解：A、0～t2时间内速度一直为正，则无人机一直上升，则t2时刻无人机上升到最高位置，故A错误；B、t1～t2时间内无人机向上减速，加速度向下，则处于失重状态，故B错误；C、图像的斜率等于加速度，可知0～t1时间内，无人机的加速度先增大后减小，故C错误；D、0～t2时间无人机上升，t3～t4时间内无人机回到地面，因图像的面积等于位移大小，可知0～t2时间与t3～t4时间内图线与时间轴所围面积大小相等，故D正确。故选：D。（2023秋•洛阳期末）很多智能手机都有加速度传感器，安装有能显示加速度情况的应用程序，手机会显示其加速度的变化情况。小明利用手机传感器测量电梯从静止开始向上运动的a﹣t关系如图所示，下列说法正确的是（）A．t＝1.5s时电梯处于失重状态 B．2s末电梯的速度大约为2m/s C．2﹣3s内电梯处于静止状态 D．4﹣5s内手机对电梯的压力大于自身重力【解答】解：A、由a﹣t图像可知，t＝1.5s时，加速度方向向上，电梯处于超重状态，故A错误；B、根据a﹣t图像与横轴围成的面积表示速度变化量，且电梯的初速度为0，则2s末电梯的速度大约为v＝Δv＝1×2m/s＝2m/s，故B正确；C、2﹣3s内，加速度为0，电梯做匀速直线运动，故C错误；D、4﹣5s内，加速度方向向下，处于失重状态，手机对电梯的压力小于自身重力，故D错误。故选：B。（2023秋•下城区校级期末）某校把跳长绳作为一项常规运动项目，其中一种运动方式为：由12人一起进长绳，计算同步一起跳的个数。跳绳的过程中，下列说法正确的是（）A．起跳离开地面前，学生对地面的压力是由于地面发生了形变 B．起跳离开地面的瞬间，学生受到的重力与地面对学生的支持力大小相等 C．起跳加速离开地面时，学生对地面的压力与地面对学生的支持力大小相等 D．学生从最高点开始下落至速度为零的过程中，先处于完全失重状态，再处于超重状态，最后处于失重状态【解答】解：A、起跳离开地面的瞬间，学生对地面的压力是由于学生的脚发生形变而产生的，故A错误；B、学生起跳离开地面前的瞬间，学生向上做加速运动，处于超重状态，学生受到的重力小于地面对学生的支持力，故B错误；C、学生对地面的压力与地面对学生支持力是相互作用力，总是大小相等、方向相反，故C正确；D、学生从最高点开始下落的过程中，学生只受到重力作用，处于完全失重状态，当学生接触地面时，此时受到的重力大于支持力，继续向下做加速运动，处于失重状态，当地面对学生的支持力大于重力时，开始做减速运动，处于超重状态，故D错误。故选：C。（2023秋•海淀区期末）如图所示，某同学站在体重计上观察超重与失重现象。由稳定的站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程；由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程。她稳定站立时，体重计的示数为A0，关于实验现象，下列说法正确的是（）A．“下蹲”过程，体重计的示数一直小于A0 B．“起立”过程，体重计的示数一直大于A0 C．“起立”的过程，先出现失重现象后出现超重现象 D．“起立”、“下蹲”过程，都能出现体重计的示数大于A0的现象【解答】解：下蹲过程中，人先向下做加速运动，后向下做减速运动，所以先处于失重状态后处于超重状态；人从下蹲状态站起来的过程中，先向上做加速运动，后向上做减速运动，最后回到静止状态，人先先处于超重状态后处于失重状态；所以“起立”、“下蹲”过程，都能出现体重计的示数大于A0的现象；故D正确，ABC错误。故选：D。（2023秋•石家庄期末）如图所示，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，假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，则（）A．容器自由下落时，小孔向下漏水 B．将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水C．将容器竖直向上抛出，不管是容器向上运动，还是向下运动，小孔都向下漏水 D．将容器竖直向上抛出，不管是容器向上运动，还是向下运动，小孔都不向下漏水【解答】解：无论是让容器自由下落，还是竖直上抛，抛出之后的物体都只受到重力的作用，水和容器都是处于完全失重状态，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，所以不管怎样，水都不会漏下来，所以ABC错误，D正确。故选：D。【素养提升】（2023秋•新市区校级期末）将一个质量为0.5kg的小球竖直向上抛出，最终落回抛出点，运动过程中所受阻力大小恒定，方向与运动方向相反。该过程的v﹣t图像如图所示，g取10m/s2。则小球（）A．受到的阻力大小为6N B．落回到抛出点时的速度大小为46C．上升过程与下落过程都处于超重状态 D．上升过程与下落过程所用时间之比为2：3【解答】解：A．由图可知小球上升过程中的加速度大小为a1=v1根据牛顿第二定律有mg+f＝ma1解得受到的阻力大小为f＝1N，故A错误；BD．小球下落过程的加速度大小为a2=mg−fm根据ℎ=12可得小球上升与下落所用时间之比为t1t则小球下落的时间为t小球落回到抛出点的速度大小为v2＝a2t2，解得：v2D．小球在上升过程和下落过程加速度方向均向下，所以小球均处于失重状态，故D错误。故选：B。（2023秋•广州期末）如图所示，台秤上有一装水容器，容器底部用一质量不计的细线系住一个乒乓球。某时刻细线断开，乒乓球向上加速运动，在此过程中，关于台秤的示数与线断前相比的变化情况及原因。下列说法正确的是（）A．容器、水、乒乓球整个系统的重心加速下移，处于失重状态，所以示数变小 B．细线断后不再向上提拉容器底部，所以示数变大 C．细线断后，乒乓球有向上的加速度，处于超重状态，故示数变大 D．由于乒乓球仍在容器中，所以示数与细线断前相同【解答】解：细线断开，乒乓球向上加速运动，处于超重状态，相当于还有一个等体积的水球在向下加速移动，因为水球的质量大于乒乓球的质量，所以整个系统的重心是加速下移的，处于失重状态，所以示数变小，故A正确，BCD错误；故选：A。（2023秋•长安区校级期末）利用智能手机的加速度传感器可直观显示手机的加速度情况。用手掌托着手机，打开加速度传感器后，手掌从静止开始竖直向上抛出手机，后又接住。以竖直向上为正方向，测得手机在竖直方向的加速度随时间变化的图像如图所示，则手机可能在（）A．t1～t2时间内减速上升，t2～t3时间内加速下降 B．t1～t2时间内加速上升，t2～t3时间内减速上升 C．t1～t2时间内减速上升，t2～t3时间内加速上升 D．t1～t2时间内加速上升，t2～t3时间内减速下降【解答】解：图像与时间轴围成的“面积”表示速度的变化量；根据图像可知，t1时