第六節失重和超重核心素養目標物理觀念知道失重、超重和完全失重現象及其產生條件。科學思維(1)會應用牛頓第二定律分析失重和超重現象發生的動力學原因，理解失重和超重現象的本質。(2)了解失重和超重現象在各個領域的應用，解釋生活中的失重和超重現象。科學態度與責任培養學生用科學知識解釋生活現象的能力，激發學生的學習熱情和興趣。CONTENTS目錄新知預覽·抓必備素養浸潤·提能力知能演練·重落實課時跟蹤檢測新知預覽·抓必備高效學習夯基固本1知識點一失重和超重現象1．失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)____物體所受的重力的現象。(2)產生條件：物體具有____的加速度。2．超重(1)定義：物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)____物體所受的重力的現象。(2)產生條件：物體具有____的加速度。小于向下大于向上知識點二失重和超重現象產生的條件1．產生超重的條件是物體具有________的加速度，與物體速度的大小和方向____。2．產生失重的條件是物體具有________的加速度，與物體速度的大小和方向____。豎直向上無關豎直向下無關知識點三失重和超重現象的解釋1．當物體具有豎直向下的加速度時，根據牛頓第二定律可知：G－T＝ma即T＝G－ma由牛頓第三定律知，此時物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)____物體的重力，這就是失重現象。2．當物體具有豎直向上的加速度時，根據牛頓第二定律可知：T－G＝ma即T＝G＋ma由牛頓第三定律知，此時物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)____物體的重力，這就是超重現象。小于大于知識點四完全失重現象1．定義：物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)等于零的狀態。2．產生條件：a＝g，且方向________。豎直向下如圖所示為游樂場中的一種大型游樂設施跳樓機，它可以使人體驗超重和失重。參加游戲的游客被安全帶固定在座椅上，座椅從靜止開始經歷加速、勻速、減速過程，提升到一定高度處，然后由靜止釋放，落到一定位置時，制動系統啟動，座椅做減速運動，到達某一高度時停下。(1)座椅中的人在整個上升過程中都處于超重狀態。

()(2)座椅中的人在減速上升過程中處于超重狀態。

()(3)座椅中的人在整個下降過程中都處于失重狀態。

()(4)座椅中的人在減速下降的過程中處于超重狀態。

()(5)人在超重或失重狀態時，人的重力沒有變化。

()(6)若某一段時間內，人感覺自己完全飄起來了，說明跳樓機加速度方向向下且大小等于重力加速度。

()×××√√√素養浸潤·提能力互動探究重難突破2要點一超重和失重的理解在乘豎直升降電梯上下樓時，你是否有這樣的感覺：在電梯里上樓時，開始時覺得自己有“向下墜”的感覺，好像自己變重了，快到樓頂時又覺得自己有“向上飄”的感覺，好像自己變輕了。在電梯里，下樓時，開始覺得有種“向上飄”的感覺，背的書包也感覺變“輕”了，快到樓底時，覺得自己有種“向下墜”的感覺，背的書包也似乎變“重”了。(1)電梯向上啟動瞬間加速度方向如何？人處于超重還是失重狀態？提示：豎直向上，超重。(2)電梯向上將要到達目的地減速運動時加速度方向如何？人處于超重還是失重狀態？提示：豎直向下，失重。(3)若電梯下降啟動的瞬間或到達樓梯底前減速運動時，人處于超重還是失重狀態？提示：向下啟動瞬間，加速度向下，失重；向下減速運動時加速度向上，超重。平衡、超重、失重的分析特征狀態原理方程運動情況受力示意圖平衡F＝mg靜止或勻速直線運動超重F－mg＝maF＝mg＋ma向上加速或向下減速特征狀態原理方程運動情況受力示意圖失重mg－F＝maF＝mg－ma向下加速或向上減速完全失重mg－F＝mgF＝0自由落體、拋體、正常運行的衛星等|特別提醒|(1)發生超重和失重時，物體所受的重力并沒有變化。(2)物體具有向上的分加速度時，也屬于超重；物體具有向下的分加速度時，也屬于失重。例如，在光滑斜面上下滑的物塊具有向下的分加速度，故處于失重狀態。(3)發生完全失重現象時，與重力有關的一切現象都將消失。比如物體對支持物無壓力、擺鐘將停止擺動等現象，靠重力使用的儀器也不能再使用(如天平)。只受重力作用的一切拋體運動，都處于完全失重狀態。

【典例1】人站在力傳感器上完成“起立”和“下蹲”動作，圖中呈現的是力傳感器的示數隨時間變化的情況，由此可以判斷(

)A．此人先下蹲后起立B．此人先起立后下蹲C．起立時先失重后超重D．下蹲時先超重后失重解析人下蹲動作分別有失重和超重兩個過程，先是加速下降失重，到達一個最大速度后再減速下降超重；起立對應先超重再失重，對應圖像可知，該同學先做了一次下蹲，后做了一次起立的動作，故選項A正確，B錯誤；由以上分析可知，起立時先超重后失重，下蹲時先失重后超重，故選項C、D錯誤。A|規律方法|判斷超重、失重狀態的方法(1)從受力的角度判斷：當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態，小于重力時，物體處于失重狀態，等于零時，物體處于完全失重狀態。(2)從加速度的角度判斷：當物體具有向上的加速度時處于超重狀態，具有向下的加速度時處于失重狀態，向下的加速度為g時處于完全失重狀態。

1．(多選)有一種大型娛樂器械可以讓人體驗超重和失重，其環形座艙套在豎直柱子上(如圖所示)，由升降機送上幾十米的高處，然后讓座艙自由下落。落到一定位置時，制動系統啟動，座艙做減速運動，到地面時剛好停下。下列說法正確的是(

)A．座艙自由下落的過程中人處于超重狀態B．座艙自由下落的過程中人處于失重狀態C．座艙減速下落的過程中人處于超重狀態D．座艙下落的整個過程中人處于失重狀態解析：在自由下落的過程中人只受重力作用，做自由落體運動，處于失重狀態，故選項A錯誤，選項B正確；在減速下落的過程中人受重力和座位對人向上的支持力，加速度向上，人處于超重狀態，故選項C正確，選項D錯誤。BC

2．如圖所示，一個盛水的容器底部有一小孔，靜止時用手指堵住小孔不讓它漏水，假設容器在下述幾種運動過程中始終保持平動，且忽略空氣阻力，則(

)A．容器自由下落時，小孔向下漏水B．將容器豎直向上拋出，容器向上運動時，小孔向下漏水；容器向下運動時，小孔不向下漏水C．將容器水平拋出，容器在運動中小孔向下漏水D．將容器斜向上拋出，容器在運動中小孔不向下漏水解析：題中幾種運動，對整體分析，都只受重力作用，運動加速度為g，方向向下，容器中的水處于完全失重狀態，對容器底部無壓力，故在底部的小孔處水不會漏出。D

要點二超重、失重的定量計算超重和失重定量分析的基本思路(1)確定研究對象；(2)把研究對象從運動體系中隔離出來，進行受力分析并畫出受力圖；(3)選取正方向，分析物體的運動情況，明確加速度的方向；(4)根據牛頓運動定律和運動學公式列方程；(5)解方程，求出所需的結果。【典例2】

質量為60kg的人站在升降機中的體重計上，當升降機做下列各種運動時，體重計的讀數是多少？處于什么狀態？(g取10m/s2)(1)升降機勻速上升；解析人站在升降機中的體重計上，受力情況如圖所示。當升降機勻速上升時，由牛頓第二定律得FN－G＝0，所以人受到的支持力FN＝600N。根據牛頓第三定律得，人對體重計的壓力大小等于體重計的示數，即600N，處于平衡狀態。答案(1)600N平衡狀態(2)升降機以3m/s2的加速度加速上升；解析當升降機以3m/s2的加速度加速上升時，由牛頓第二定律得FN－G＝ma，計算得FN＝780N。由牛頓第三定律得，人對體重計的壓力大小為780N，故此時體重計的示數為780N，大于人的重力，人處于超重狀態。答案780N超重狀態(3)升降機以4m/s2的加速度加速下降。解析當升降機以4m/s2的加速度加速下降時，由牛頓第二定律得G－FN＝ma，計算得出FN＝360N。由牛頓第三定律得，人對體重計的壓力大小為360N，故此時體重計的示數為360N，小于人的重力600N，人處于失重狀態。答案360N失重狀態1．“蹦極”就是跳躍者把一端固定的長彈性繩綁在踝關節等處，從幾十米高處跳下的一種極限運動。某人做蹦極運動，所受繩子拉力F的大小隨時間t變化的情況如圖所示。將蹦極過程近似為在豎直方向的運動，重力加速度為g。據圖可知，此人在蹦極過程中最大的加速度約為(

)A．g

B．2g

C．3g

D．4gB

解析：人落下后，振動幅度越來越小，最后靜止不動，結合拉力與時間關系圖像可以知道，人的重力等于0.6F0，而最大拉力為1．8F0，即0．6F0＝mg ①Fm＝1．8F0 ②結合牛頓第二定律，有F－mg＝ma ③當拉力最大時，加速度最大，因而有1．8F0－mg＝mam ④由①④兩式解得am＝2g，故B正確。2．如圖所示的是阿聯酋迪拜哈利法塔，又稱“迪拜塔”，塔高828m。樓層總數162層，配備56部電梯，最高速可達17．4m/s。游客乘坐觀光電梯大約1min就可以到達觀光平臺。若電梯簡化成只受重力與繩索拉力，已知電梯在t＝0時由靜止開始上升，其加速度a與時間t的關系圖像如圖所示。下列相關說法正確的是(

)A．t＝6s時，電梯處于失重狀態B．7～53s時間內，繩索拉力最小C．t＝59s時，電梯處于超重狀態D．t＝60s時，電梯速度恰好為0D

解析：根據a-t圖像可知當t＝6s時，電梯的加速度向上，電梯處于超重狀態，故A錯誤；53～60s時間內，加速度的方向向下，電梯處于失重狀態，繩索的拉力小于重力，而7～53s時間內，a＝0，電梯處于平衡狀態，繩索拉力等于電梯的重力，大于電梯失重時繩索的拉力，所以這段時間內繩索拉力不是最小，故B錯誤；t＝59s時，電梯減速向上運動，a＜0，加速度方向向下，電梯處于失重狀態，故C錯誤；根據a-t圖像與時間軸所圍的面積表示速度的變化量，由幾何知識可知，60s內a-t圖像與時間軸所圍的面積代數和為0，所以速度的變化量為0，而電梯的初速度為0，所以t＝60s時，電梯速度恰好為0，故D正確。|要點回眸|知能演練·重落實內化知識鞏固技能31．某同學做引體向上，他兩手握緊單杠，雙臂豎直，身體懸垂；接著用力上拉使下頜超過單杠(身體無擺動)，稍做停頓。下列說法正確的是(

)A．在上升過程中單杠對人的作用力始終大于人的重力B．在上升過程中單杠對人的作用力始終等于人的重力C．初始懸垂時，若增大兩手間的距離，單臂的拉力變大D．初始懸垂時，若增大兩手間的距離，兩臂拉力的合力變大解析：在上升過程中，人先加速后減速，先超重后失重，則單杠對人的作用力先大于重力后小于重力，選項A、B錯誤；初始懸垂時若增大兩手間的距離，則兩單臂的拉力夾角變大，因合力一定，大小總等于人的重力的大小，則單臂的拉力會變大，選項C正確，D錯誤。C

2．在一個封閉裝置中，用彈簧測力計測量一物體的重力，根據讀數與物體實際重力之間的關系，判斷以下說法中正確的是(

)A．讀數偏大，表明裝置一定加速上升B．讀數偏小，表明裝置一定加速下降C．讀數為0，表明裝置運動的加速度等于重力加速度，但無法判斷是向上運動還是向下運動D．讀數準確，表明裝置一定勻速上升或下降解析：讀數偏大，表明裝置處于超重狀態，其加速度方向向上，可能的運動情況是加速上升或減速下降，故A錯誤。同理知B也錯誤。彈簧測力計讀數為0，即完全失重，這表明整個裝置運動的加速度等于重力加速度g，但是a＝g時，速度方向有可能向上，也有可能向下，還有可能沿其他方向，故C正確。讀數準確，裝置可能靜止，也可能正在向任意一個方向做勻速直線運動，故D錯誤。C

3．大型商場(超市)為了方便顧客上下樓，都會安裝自動扶梯。自動扶梯一般分為兩類：一類有臺階，另一類無臺階，兩類自動扶梯分別如圖所示，為了節約能源，在沒有顧客乘行時，這兩類自動扶梯都以較小的速度勻速運行，當有顧客乘行時自動扶梯經過先加速再勻速兩個階段運行。則電梯在運送顧客上樓的整個過程中(

)A．圖乙所示的無臺階自動扶梯中，乘客始終受三個力作用B．圖甲所示的有臺階自動扶梯中，乘客始終受三個力作用C．圖乙所示的無臺階自動扶梯中，乘客始終處于超重狀態D．圖甲所示的有臺階自動扶梯中，扶梯對乘客始終有摩擦力作用A

解析：乘客在無臺階的扶梯上運動時，在加速和勻速階段，都受到重力、支持力和靜摩擦力三個力的作用，故A正確；由牛頓第二定律知，在加速階段乘客有沿著扶梯方向斜向上的加速度，加速度有豎直向上的分量，乘客處于超重狀態，勻速運動階段乘客受到的合力為零，即加速度為零，乘客處于平衡狀態，故C錯誤；乘客在有臺階的扶梯上運動時，加速階段受到重力、支持力和水平方向的靜摩擦力三個力作用，勻速階段乘客只受到重力與支持力的作用且二力平衡，故B、D錯誤。4．(多選)電梯的頂部掛一個彈簧測力計，測力計下端掛了一個質量為1kg的重物，電梯勻速直線運動時，彈簧測力計的示數為10N，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧測力計的示數變為12N。關于電梯的運動(如圖所示)，以下說法正確的是(g取10m/s2)(

)A．電梯可能向上加速運動，加速度大小為2m/s2B．電梯可能向下加速運動，加速度大小為4m/s2C．電梯可能向上減速運動，加速度大小為4m/s2D．電梯可能向下減速運動，加速度大小為2m/s2解析：電梯勻速直線運動時，彈簧測力計的示數為10N，知重物的重力等于10N，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧測力計的示數變為12N，對重物有F－mg＝ma，解得a＝2m/s2，方向豎直向上，則電梯的加速度大小為

2m/s2，方向豎直向上，電梯可能向上做加速運動，也可能向下做減速運動，故A、D正確，B、C錯誤。AD

課時跟蹤檢測41．跳傘運動是指運動員乘飛機、氣球等航空器或其他器械升至高空后跳下的運動。如圖所示，跳傘運動員從高空跳下后，加速下降，達到一定速度時運動員打開降落傘，減速下降。假設跳傘運動為直線運動，下列說法正確的是(

)A．運動員一直處于失重狀態B．運動員一直處于超重狀態C．傘未張開前，運動員處于超重狀態D．傘張開后，運動員處于超重狀態解析：傘未張開前，運動員加速下降，加速度方向下，處于失重狀態，傘張開后，運動員減速下降，加速度方向向上，處于超重狀態，故A、B、C錯誤，D正確。D

2．(多選)“蹦極”是一項刺激的極限運動，重力為G的運動員將一端固定的長彈性繩綁在踝關節處，從幾十米高處跳下。在某次蹦極的某段時間內，彈性繩彈力F的大小隨時間t的變化圖像如圖所示，其中t2、t4時刻彈性繩彈力大小等于運動員重力大小。將蹦極過程近似為在豎直方向的運動，彈性繩的彈力與伸長量的關系遵循胡克定律，空氣阻力不計。則這段時間內，下列說法中正確的是(

)A．t1時刻運動員的速度最大B．t2時刻運動員具有向下的最大速度C．t2～t4時間內運動員處于超重狀態D．t3時刻運動員的加速度為零BC

解析：運動員受到豎直向下的重力G與豎直向上的彈力F作用。由題圖可知，t1～t2時間內彈力F小于重力，合力向下，運動員的加速度向下，運動員在加速，所以t1時刻運動員的速度不是最大，故A錯誤；t1～t2時間內運動員向下運動，t2時刻彈力F等于重力，加速度為零，則運動員具有向下的最大速度，故B正確；在t2、t4時刻彈性繩彈力大小等于運動員重力大小，t2～t4時間內運動員受到的彈力大于重力，加速度始終向上，則運動員處于超重狀態，故C正確；t3時刻彈力最大，運動員運動到最低點，合力向上，所以加速度向上，不為零，故D錯誤。4．在升降機底部安裝一個顯示壓力的傳感器，其上放置了一個質量為m小物塊，如圖甲所示。升降機從t＝0時刻開始豎直向上運動，傳感器顯示壓力F隨時間t變化的情況如圖乙所示。取豎直向上為正方向，重力加速度為g，以下判斷正確的是(

)A．在0～2t0時間內，物塊先處于失重狀態，后處于超重狀態B．在t0～3t0時間內，物塊先處于失重狀態，后處于超重狀態C．t＝t0時刻，物塊所受的支持力大小為mgD．t＝3t0時刻，物塊所受的支持力大小為2mgC

解析：由題圖乙可知，在0～2t0時間內，物塊先處于超重狀態，后處于失重狀態，故A錯誤；在t0～3t0時間內，物塊處于失重狀態，故B錯誤；在t＝t0時刻，物塊所受的支持力大小等于傳感器所受壓力大小，為mg，故C正確；同理，在t＝3t0時刻，物塊所受的支持力大小為mg，故D錯誤。5．人在平地上靜止站立時，受到的支持力等于人的重力。做原地縱跳時，在快速下蹲和蹬伸的過程中，人體受到的支持力發生變化(如圖所示，G為重力，F為支持力)。下列曲線能正確反映該變化的是(

)解析：下蹲過程中的加速階段人體處于失重狀態，F＜G，減速階段人體處于超重狀態，F＞G。同理蹬伸過程中的加速上升階段F＞G，減速上升階段F＜G，騰空后人離開地面，F＝0，故選項D正確。D

6．如圖所示，質量為m1＝2kg的物體A經跨過定滑輪的輕繩與質量為M＝

5kg的箱子B相連，箱子底板上放一質量為m2＝1kg的物體C，不計定滑輪的質量和一切阻力，在箱子加速下落的過程中，取g＝10m/s2，下列說法正確的是(

)A．物體A處于失重狀態，加速度大小為10m/s2B．物體A處于超重狀態，加速度大小為20m/s2C．物體C處于失重狀態，對箱子的壓力大小為5ND．輕繩對定滑輪的作用力大小為80NC

解析：以A為研究對象，由牛頓第二定律得FT－m1g＝m1a，以B、C整體為研究對象得(M＋m2)g－FT′＝(M＋m2)a′，又FT′＝FT，a′＝a，聯立以上各式得加速度a＝5m/s2，FT＝30N，A、B錯誤；隔離C有m2g－FN＝m2a，得FN＝5N，所以物體C處于失重狀態，由牛頓第三定律知，物體對箱子的壓力為5N，C正確；輕繩對定滑輪的作用力大小為F＝2FT＝60N，D錯誤。7．(多選)如圖所示，運動員原地縱跳進行摸高訓練。已知質量m＝50kg的運動員原地靜止站立(不起跳)摸高為2．10m，跳起過程中，該運動員先下蹲，重心下降0.5m，經過充分調整后，發力跳起摸到了2．90m的高度。若運動員起跳過程視為勻加速運動，忽略空氣阻力影響，g取10m/s2。則(

)A．運動員起跳過程處于超重狀態B．起跳過程的平均速度比離地上升到最高點過程的平均速度大C．起跳過程中運動員對地面的壓力為960ND．從開始起跳到雙腳落地需要1．05s8．如圖甲所示為學校操場上一質量不計的豎直滑桿，滑桿上端固定，下端懸空。為了研究學生沿桿的下滑情況，在桿頂部裝有一拉力傳感器，可顯示桿頂端所受拉力的大小。現有一學生(可視為質點)從桿頂端由靜止開始滑下，5s末滑到桿底時速度恰好為零。以學生開始下滑的時刻為計時起點，傳感器顯示的拉力隨時間的變化情況如圖乙所示，g取10m/s2。求：(1)該學生下滑過程中的最大速率；解析：根據題意并結合題圖乙可知，該學生在0～1s內做勻加速運動，在1～5s內做勻減速運動故t1＝1s時該學生速率最大，t2＝5s時靜止又由題圖乙可知，該學生的重力為G＝mg＝500N，即m＝50kg在0～1s內，以該學生為研究對象，由牛頓第二定律得mg－f1＝ma1，f1＝350N，解得a1＝3m/s2故最大速率v1＝a1t1＝3m/s。答案：

3m/s

(2)滑桿的長度；故滑桿的長度L＝s1＋s2＝1．5m＋6．0m＝7．5m。答案：

7．5m

(3)1s末到5s末傳感器顯示的拉力。解析：該學生勻減速運動時的加速度大小為以該學生為研究對象，根據牛頓第二定律有f2－mg＝ma2得f2＝mg＋ma2＝500N＋50×0.75N＝537．5N由牛頓第三定律知，傳感器顯示的拉力為537．5N。答案：

537．5N9．(多選)原來做勻速運動的升降機內，有一被伸長彈簧拉住的、具有一定質量的物體A，相對升降機靜止在其地板上，如圖所示。現發現A突然被彈簧拉向右方，由此可判斷，此時升降機的運動狀態可能是(設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)(

)解析：當升降機勻速運動時，地板對物體A的靜摩擦力與彈簧的彈力平衡，且該靜摩擦力小于或等于最大靜摩擦力。當升降機有向下的加速度時，處于失重狀態，物體A對地板的正壓力會減小，物體A與地板間的最大靜摩擦力也會減小，這時的最大靜摩擦力小于升降機勻速運動時地板對物體A的靜摩擦力，而彈簧的彈力未改變，故物體A會被拉向右方。四個選項中只有B、C兩種情況電梯的加速度是向下的，故B、C正確。BC

A．加速上升B．減速上升

C．加速下降

D．減速下降10．(多選)某同學站在觀光電梯地板上，用加速度傳感器記錄了電梯由靜止開始運動的加速度隨時間變化情況，以豎直向上為正方向。根據圖像提供的信息，可以判斷下列說法中正確的是(

)A．在5～15s內，觀光電梯在加速上升，該同學處于超重狀態B．在15～25s內，觀光電梯停了下來，該同學處于平衡狀態C．在25～35s內，觀光電梯在減速上升，該同學處于失重狀態D．在t＝35s時，電梯的速度為0ACD

解析：在5～15s內，從加速度—時間圖像可知，此時的加速度為正，電梯的加速度向上，所以該同學處于超重狀態，故A正確；在15～25s內，加速度為零，此時電梯在勻速運動，處于受力平衡狀態，所以該同學對電梯底板的壓力等于他所受的重力，故B錯誤；在25～35s內，從加速度—時間圖像可知，此時的加速度為負，電梯的加速度向下，所以該同學處于