6 超重和失重
[教材链接] (1)①加速度g 质量m mg ②静止 大小相等 (2)大于 (3)小于
例1 D [解析] 物体处于超重或失重状态时,其重力都没有变化,选项A错误;物体向上运动,可以是向上的减速运动,此时有向下的加速度,可能处于失重状态,选项B错误;物体向上运动,且受到向上的力,若该力小于重力,则处于失重状态,选项C错误;无论物体做何种运动,若只受重力,则加速度一定竖直向下,所以都处于失重状态,选项D正确.
例2 AD [解析] 从t1时刻到t3时刻,钩码受到的拉力小于重力,钩码处于失重状态,加速度向下,A正确;从t5时刻到t6时刻,钩码受到的拉力大于重力,钩码处于超重状态,加速度向上,B错误;如果电梯开始停在低楼层,则应先加速向上,接着匀速向上,再减速向上,最后停在高楼层,那么应该是拉力先等于重力、再大于重力、然后等于重力、小于重力、最后等于重力,C错误;如果电梯开始停在高楼层,则应先加速下降,接着匀速下降,再减速下降,最后停在低楼层,那么应该是拉力先等于重力、再小于重力、然后等于重力、大于重力、最后等于重力,D正确.
变式1 AB [解析] t1~t2时间内电梯的加速度方向竖直向下,所受弹力小于重力,处于失重状态,故A正确;t3~t4时间内电梯的加速度方向竖直向上,所受弹力大于重力,处于超重状态,此时电梯可能加速上升,也可能减速下降,故B正确,C错误;t2~t3时间内电梯的加速度为零,可能处于静止状态,也可能处于匀速运动状态,故D错误.
例3 (1)A (2)A (3)A
[解析] 以两物体整体为研究对象,两个物体A、B同时由静止释放、竖直上抛或以相同的速度水平抛出,由于不计空气阻力,两个物体都只受重力作用,根据牛顿第二定律,它们的加速度等于重力加速度,方向竖直向下,两物体都处于完全失重状态,故在空中运动的过程中,物体A、B都只受到重力,选项A正确.
变式2 D [解析] 抛出后在空中向上或向下运动的矿泉水瓶只在重力的作用下运动,即处于完全失重状态,完全失重状态下的液体内部没有压力,所以水不会漏出来,故A、B、C错误,D正确.
例4 (1)2 m/s2 (2)480 N,方向竖直向下
[解析] (1)弹簧测力计对物体的拉力FT=40 N
对物体,由牛顿第二定律得FT-mg=ma
解得a=-2 m/s2
故升降机的加速度大小为2 m/s2,方向竖直向下.
(2)设地板对人的支持力为FN,对人,由牛顿第二定律得FN-Mg=Ma
解得FN=480 N
由牛顿第三定律可知,人对地板的压力为480 N,方向竖直向下.
变式3 (1)2 m/s2,方向竖直向上 (2)160 kg
[解析] (1)运动员在地面上能举起m1=120 kg的重物,则运动员能发挥的向上的最大支撑力F=m1g=1200 N.
在运动着的升降机中只能举起m2=100 kg的重物,可见该重物超重了,升降机应具有向上的加速度.对于重物,有F-m2g=m2a1
解得a1=2 m/s2
(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.对于重物,有m3g-F=m3a2
解得m3=160 kg.
随堂巩固
1.B [解析] A、C、D中的各运动员所受合力为零,加速度为零,B中的运动员处于失重状态.
2.B [解析] 在一次下蹲过程中,该同学的重心先加速向下运动,后减速向下运动,先后经历了失重状态和超重状态,所以开始时对压力传感器的压力小于重力,之后阶段对压力传感器的压力大于重力,而在一次起立过程中,该同学要先后经历超重状态和失重状态,所以对压力传感器的压力先大于重力后小于重力,因此此图记录的应该是一次下蹲—起立的动作过程,选项A、C、D错误,B正确.
3.D [解析] 在空间站轨道舱内,所有的物体均处于完全失重状态,航天员利用哑铃、跑步机、单杠进行锻炼均与重力有关,故无法使用,而弹簧拉力器依靠的是弹簧的弹力,与重力无关,故A、B、C错误,D正确.6 超重和失重
学习任务一 超重和失重的理解
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
(1)重力的测量
①利用牛顿第二定律测重力:先测量物体做自由落体运动的 ,再利用天平测量物体的 ,根据牛顿第二定律求解重力,即G= .
②利用共点力的平衡条件测重力:将物体悬挂或放置在测力计上,使它处于 状态,则物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的 .
(2)超重现象
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受重力的现象.
(3)失重现象
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 物体所受重力的现象.
例1 关于超重和失重,下列说法正确的是( )
A.物体在超重或失重时重力发生了改变
B.只要物体向上运动,就一定处于超重状态
C.物体向上运动,且受到向上的力,就一定处于超重状态
D.无论物体做何种运动,若只受重力,则都处于失重状态
例2 (多选)[2023·江苏苏州中学月考] 某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一弹簧测力计,使其测量挂钩向下,并在挂钩上悬挂一个重力为10 N的钩码.弹簧测力计的弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出,如图所示.下列分析正确的是( )
A.从t1时刻到t3时刻,钩码处于失重状态
B.从t5时刻到t6时刻,钩码处于失重状态
C.电梯可能从1楼开始上升,最后停在12楼
D.电梯可能从16楼开始下降,最后停在1楼
变式1 (多选)[2023·安徽芜湖一中月考] 很多智能手机都有加速度传感器.某同学乘坐小区电梯时打开手机的加速度传感器,把手机平放在手掌上并与电梯保持相对静止,获得加速度的变化情况如图甲所示(规定竖直向上为正方向),为了方便研究问题,可以将图像简化为图乙,下列说法正确的是( )
A.t1~t2时间内电梯处于失重状态
B.t3~t4时间内电梯处于超重状态
C.t3~t4时间内电梯一定正在上行
D.t2~t3时间内电梯一定处于静止状态
【要点总结】
超重、失重的比较
特征 状态 视重(F)与 重力的关系 可能 运动情况 受力 示意图
平衡 F=mg 静止或匀速 直线运动
超重 由F-mg=ma得F=m(g+a)>mg 向上加速或向下减速
失重 由mg-F=ma得F=m(g-a)学习任务二 完全失重的理解
[物理观念] 完全失重是一种特殊的失重状态,此时物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零.完全失重时,“视重”等于零,此时物体运动的加速度方向向下,大小为g.
特征 状态 加速度 视重(F)与 重力的关系 运动情况 受力 示意图
完全 失重 a=g 由mg-F= ma得F=0 自由落体 运动、竖直 上抛运动等
例3 [2023·浙江嘉兴一中月考] 如图所示,两个物体A、B叠放在一起,接触面粗糙.
(1)若将它们同时自由释放,不计空气阻力,在空中运动的过程中,两个物体始终保持图中位置关系没有分离,则物体B (填选项前的字母).
(2)若将它们同时竖直向上抛出,不计空气阻力,在空中运动的过程中,两个物体始终保持图中位置关系没有分离,则物体B (填选项前的字母).
(3)若将它们同时水平抛出,不计空气阻力,在空中运动的过程中,两个物体始终保持图中位置关系没有分离,则物体B (填选项前的字母).
A.只受重力
B.受重力和A对它的压力
C.受重力和A对它的摩擦力
D.受重力、A对它的压力和摩擦力
变式2 [2023·广东佛山一中月考] 某同学研究超重和失重现象.在一矿泉水瓶底部钻一小孔后装满水,打开瓶盖,将此矿泉水瓶竖直向上抛出,矿泉水瓶始终保持底部朝下.重力加速度大小为g,忽略空气阻力.关于矿泉水瓶被抛出后在空中运动的过程,下列说法正确的是( )
A.当矿泉水瓶向上运动时,底部有水漏出,而向下运动时,底部没有水漏出
B.当矿泉水瓶向上运动时,底部没有水漏出,而向下运动时,底部有水漏出
C.无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动,底部都有水漏出
D.无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动,底部都没有水漏出
【要点总结】
在完全失重的状态下,一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等.
学习任务三 有关超重、失重的计算
[科学思维] 解决超重、失重问题的基本方法
(1)明确研究对象,进行受力分析.
(2)判断加速度的方向,并建立合理的坐标轴.
(3)应用牛顿第二定律列出方程.
(4)代入数据求解,必要时进行讨论.
例4 一个质量为60 kg的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一个弹簧测力计,弹簧测力计下面挂着一个质量为m=5 kg的物体A,当升降机向上运动时,他看到弹簧测力计的示数为40 N,重力加速度g取10 m/s2,求:
(1)此时升降机的加速度大小;
(2)此时人对地板的压力.
变式3 某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.(g取10 m/s2)
(1)求升降机运动的加速度.
(2)在以2.5 m/s2的加速度加速下降的升降机中,此运动员最多能举起质量为多大的重物
【要点总结】
在举重类问题中常常隐含的一个条件是:举重运动员能发挥的向上的最大支撑力(即举重时对重物的最大支持力)是一个恒量,它是由运动员本身的素质决定的,不随运动状态的改变而改变.
1.(超重和失重的理解)下列关于超重、失重的说法中正确的是( )
A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
B.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态
D.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
2.(超重与失重分析)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力随时间变化的图线,纵坐标为力,横坐标为时间.由图线可知( )
A.该同学做了两次下蹲—起立的动作
B.该同学做了一次下蹲—起立的动作
C.下蹲过程中人处于失重状态
D.下蹲过程中人先处于超重状态,后处于失重状态
3.(完全失重的理解)[2023·河北石家庄一中月考] 载人空间站是一个在轨组装成的空间实验室系统.空间站可以长期驻留3人,随着航天员在空间站轨道舱内停留时间的增加,体育锻炼成了一个必不可少的环节.下列器材中适宜航天员在空间站轨道舱中进行锻炼的是( )
A.哑铃 B.跑步机
C.单杠 D.弹簧拉力器6 超重和失重
1.D [解析] 超、失重只是一种表象,实际的质量和重力均不变,由于质量不变,所以惯性不变,选项A、B、C错误,D正确.
2.CD [解析] 根据图2可知,人处于超重状态,电梯的加速度向上,可推断电梯可能处于加速上升过程,也可能处于减速下降过程,选项A错误;根据图3可知,人处于失重状态,电梯的加速度向下,可推断电梯可能处于加速下降过程,也可能处于减速上升过程,选项B错误;根据图4可知,体重计读数小于人的质量,可推断电梯内的同学一定处于失重状态,选项C正确;根据图5可知,体重计读数大于人的质量,可推断电梯内的同学一定处于超重状态,选项D正确.
3.B [解析] 运动员离开地面后做斜上抛运动,越过横杆前、后在空中运动的过程中,加速度为重力加速度,方向竖直向下,所以运动员始终处于完全失重状态,故选B.
4.C [解析] 在太空中乒乓球仍受地球的引力作用,故A、D错误;惯性只与质量有关,由于乒乓球的质量不变,所以在太空中乒乓球的惯性不变,故B错误;在太空中乒乓球处于完全失重状态,和重力有关的一切现象会消失,所以在太空失重环境下浮力几乎消失,故C正确.
5.C [解析] 火箭点火加速上升时,航天员也加速上升,航天员处于超重状态,加速度越大,座椅对航天员的支持力也越大,航天员也越容易受伤,故A、B正确;在空间站里时,处于完全失重,天平无法使用,故C错误;返回舱做减速向下运动,其加速度向上,因此处于返回舱中的航天员处于超重状态,故D正确.
6.AB [解析] 人在Pa段时,只受到重力作用,做自由落体运动,处于完全失重状态,A正确;人在ab段时,受到重力和向上的拉力,且拉力小于重力,所以合力向下,加速度向下,处于失重状态,B正确;人在bc段时,受到重力和向上的拉力,且拉力大于重力,所以合力向上,加速度向上,处于超重状态,C错误;人到c点时,拉力最大,合力向上,加速度向上,不为零,D错误.
7.D [解析] MN时段手机有向下的加速度,处于失重状态,故A错误;NP时段手机有向上的加速度,处于超重状态,故B错误;N时刻手机加速度为零,速度不为零,手机仍在向下运动,未到达到最低点,故C错误;由图可知,当手机加速度方向向上时,手机加速度最大值约为70 m/s2,根据牛顿第二定律F-mg=ma,解得F=8mg,故手机落到蹦床后,蹦床对手机的最大弹力约为8mg,故D正确.
8.CD [解析] 电梯加速上升阶段,在甲种方式中,乘客受到支持力、重力、沿斜面向上的摩擦力作用;在乙种方式中,乘客受到支持力、重力、水平向右的摩擦力作用;在丙种方式中,乘客受到支持力、重力,故在甲、乙两种方式中,乘客受到了摩擦力作用,故A、B错误;在甲种方式中,乘客受到电梯地板的支持力为FN1=mgcos θ,在乙种方式中,根据牛顿第二定律有FN2-mg=masin θ,乘客受到电梯地板的支持力为FN2=mg+masin θ,在丙种方式中,根据牛顿第二定律有FN3-mg=ma,乘客受到电梯地板的支持力为FN3=mg+ma,可得FN19.(1)0.8 m/s2 (2)2 m/s (3)27.5 m
[解析] (1)由图像可知,0~10 s内电梯匀速运动,由平衡条件得F1=mg,其中F1=600 N,10~12.5 s内电梯匀减速运动,根据牛顿第二定律有F2-mg=ma,其中F2=648 N
联立解得加速度a=0.8 m/s2
(2)匀速运动的速度即减速运动的初速度,根据逆向思维法有v=at=2 m/s
(3)匀速下降的位移h1=vt1=20 m
匀减速下降的位移h2=t2=2.5 m
电梯下降的总位移为x=5 m+h1+h2=27.5 m
10.(1)20 m/s 0 (2)1500 N
[解析] (1)由题意可知,座舱先自由下落h1=H-h2=60 m-20 m=40 m,在h2=20 m高处时制动系统启动,之后做匀减速运动,所以下落h1=40 m时速度最大,设为v,有v2=2gh1
解得v=20 m/s
离地面30 m时,座舱自由下落,处于完全失重状态,所以座椅对小李的支持力为0.
(2)设匀减速运动的加速度大小为a2,有v2=2a2h2
解得a2=20 m/s2
对小李,由牛顿第二定律得FN-mg=ma2
解得FN=1500 N
根据牛顿第三定律,小李对座椅的压力是1500 N.
11.D [解析] 剪断细线前,对物体和箱子整体分析,台秤示数F=3mg,故A正确;剪断细线前,对物体A受力分析,有F'=FT+mg,其中FT=mg,剪断细线的瞬间,对物体A受力分析,有F'-mg=ma,解得a=g,方向竖直向上,此时物体处于超重状态,台秤读数突然变大,故B、C正确;剪断细线后,物体先超重后失重,则台称该数先大于3mg,后小于3mg,故D错误.6 超重和失重
◆ 知识点一 超重和失重的理解
1.下列关于超重和失重的说法中正确的是( )
A.物体处于超重状态时,其重力增加了
B.物体处于完全失重状态时,其所受重力为零
C.物体处于超重(或失重)状态时,其惯性比物体处于静止状态时增加(或减小)了
D.物体处于超重或失重状态时,其质量及受到的重力都没有变化
2.(多选)[2023·浙江绍兴一中月考] 几位同学为了探究电梯启动和制动时的运动状态变化情况,他们将体重计放在电梯中,一位同学站在体重计上,然后乘坐电梯从1层直接到10层,之后又从10层直接回到1层,用照相机进行了相关记录,如图所示.图1为电梯静止时体重计的照片,图2、图3、图4和图5分别为电梯运动过程中体重计的照片.根据照片进行的推断正确的是( )
A.根据图2推断电梯一定处于加速上升过程
B.根据图3推断电梯一定处于减速下降过程
C.根据图4推断电梯内的同学一定处于失重状态
D.根据图5推断电梯内的同学一定处于超重状态
◆ 知识点二 完全失重的理解
3.如图所示,跳高运动员起跳后向上运动,越过横杆后开始向下运动,不计空气阻力,则运动员越过横杆前、后在空中运动的过程中,下列说法正确的是( )
A.一直处于超重状态
B.一直处于失重状态
C.先处于超重状态,后处于失重状态
D.先处于失重状态,后处于超重状态
4.[2023·四川绵阳中学月考] 如图所示,在“天宫课堂”中,航天员王亚平将乒乓球浸没在水中,乒乓球停留在了水中.合理的解释是( )
A.乒乓球不受任何力的作用
B.在太空中乒乓球的惯性变大
C.在太空失重环境下浮力几乎消失
D.在太空失重环境下受到地球的引力为零
5.[2023·山东日照一中月考] 2022年11月29日23时08分,搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,费俊龙、邓清明、张陆三名航天员顺利进入太空,按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接,与神舟十四号飞船胜利“太空会师”,发射任务圆满完成.则下列说法错误的是( )
A.火箭点火加速上升时航天员处于超重状态
B.火箭点火加速上升时,加速度越大,航天员越容易受伤
C.在空间站航天员可以用天平测物体的质量
D.航天员返回时,在打开降落伞后,返回舱在减速下降的过程中处于超重状态
6.(多选)[2023·广东深圳中学月考] “蹦极”是一项非常刺激的体育运动.某人身系弹性绳自高空中P点自由下落,图中a点是弹性绳处于原长时的位置,c点是人能到达的最低点,b点是人静止悬吊时的平衡位置.人从P点下落到最低点c的过程中 ( )
A.人在Pa段时,做自由落体运动,处于完全失重状态
B.人在ab段时,绳的拉力小于人的重力,人处于失重状态
C.人在bc段时,绳的拉力小于人的重力,人处于失重状态
D.人在c点时,人的速度为零,其加速度为零
7.[2023·河北辛集中学月考] 为了研究落体运动,某同学用手机软件同步采集了手机下落过程中加速度随时间变化的数据,如图所示.实验时,质量为m的手机竖直放置,由静止开始自由下落,最终落到蹦床上,g取10 m/s2.分析数据,下列说法正确的是( )
A.MN时段手机处于超重状态
B.NP时段手机处于失重状态
C.N 时刻手机下降到最低点
D.手机落到蹦床后,蹦床对手机的最大弹力约为8mg
8.(多选)同一乘客三次分别乘坐不同的电梯上楼,过程中都经历了电梯加速上升阶段,假设三次的加速度大小相同,且乘客相对电梯均静止,如图甲、乙、丙所示.在上述加速阶段中,下列说法正确的是( )
A.三种方式乘客均受到了电梯地板的摩擦力作用
B.只有在甲种方式中,乘客才受到了摩擦力作用
C.在丙种方式中,乘客受到电梯地板的支持力最大
D.三种方式中的乘客均处于超重状态
9.[2023·江西玉山一中月考] 在探究超重、失重规律的过程中,某同学找来了压力传感器,把传感器平放到电梯中,双脚踩在压力传感器上,从楼上坐电梯直到1楼,他加速下降5 m时开始计时,此时开始匀速运动,测得压力传感器的示数F随时间t变化的图像如图所示,12.5 s时恰好停在1楼,重力加速度大小g取10 m/s2.求电梯:
(1)做匀减速运动的加速度大小;
(2)匀速运动的速度大小;
(3)开始下降时距离地面的高度.
10.一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重,既新奇又刺激,很受人们欢迎.其原理是将巨型娱乐器械由升降机送到离地面60 m的高处,然后让座舱自由下落,落到离地面20 m高时,制动系统启动,座舱均匀减速,到地面时刚好停下.若座舱中的小李质量为50 kg,g取10 m/s2,则:
(1)此过程中的最大速度是多少 当座舱落到离地面30 m的位置时,座椅对小李的支持力是多大
(2)当座舱落到离地面15 m的位置时,小李对座椅的压力是多大
11.[2023·安徽太和中学月考] 如图所示,一个质量为2m的箱子放在台秤的托盘上,箱内有一质量为m的物体A,A的上端用弹簧与箱子的顶部连接,A的下端用细线系在箱子的底部,细线绷紧,拉力大小为mg(g为重力加速度),整个系统处于静止状态.现将细线剪断,物体A向上运动,不计弹簧和细线的质量,下列说法不正确的是( )
A.剪断细线前,台秤读数为3mg
B.剪断细线的瞬间,台秤读数突然变大
C.剪断细线的瞬间,物体A的加速度为g,方向竖直向上
D.剪断细线后,物体A向上运动至最高点的过程中,台秤读数先小于3mg,后大于3mg(共60张PPT)
6 超重和失重
◆ 导学案
学习任务一 超重和失重的理解
学习任务二 完全失重的理解
学习任务三 有关超重、失重的计算
备用习题
随堂巩固
◆ 练习册
学习任务一 超重和失重的理解
［教材链接］ 阅读教材，完成下列填空：
(1) 重力的测量
① 利用牛顿第二定律测重力:先测量物体做自由落体运动的_________,再利用天平测量物体的_______,根据牛顿第二定律求解重力,即____.
② 利用共点力的平衡条件测重力:将物体悬挂或放置在测力计上,使它处于______状态,则物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的__________.
加速度
质量
静止
大小相等
(2) 超重现象
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)______物体所受重力的现象.
(3) 失重现象
物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)______物体所受重力的现象.
大于
小于
例1 关于超重和失重，下列说法正确的是( )
D
A.物体在超重或失重时重力发生了改变
B.只要物体向上运动，就一定处于超重状态
C.物体向上运动，且受到向上的力，就一定处于超重状态
D.无论物体做何种运动，若只受重力，则都处于失重状态
[解析] 物体处于超重或失重状态时，其重力都没有变化，选项A错误；
物体向上运动，可以是向上的减速运动，此时有向下的加速度，可能处于失重状态，选项B错误；
物体向上运动，且受到向上的力，若该力小于重力，则处于失重状态，选项C错误；
无论物体做何种运动，若只受重力，则加速度一定竖直向下，所以都处于失重状态，选项D正确.
例2 (多选)[2023·江苏苏州中学月考] 某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一弹簧测力计，使其测量挂钩向下，并在挂钩上悬挂一个重力为的钩码.弹簧测力计的弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出，如图所示.下列分析正确的是( )
AD
A.从时刻到时刻，钩码处于失重状态 B.从时刻到时刻，钩码处于失重状态
C.电梯可能从1楼开始上升，最后停在12楼 D.电梯可能从16楼开始下降，最后停在1楼
[解析] 从时刻到时刻，钩码受到的拉力小于重力，钩码处于失重状态，加速度向下，A正确；
从时刻到时刻，钩码受到的拉力大于重力，钩码处于超重状态，加速度向上，B错误；
如果电梯开始停在低楼层，则应先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层，那么应该是拉力先等于重力、再大于重力、然后等于重力、小于重力、最后等于重力，C错误；
如果电梯开始停在高楼层，则应先加速下降，接着匀速下降，再减速下降，最后停在低楼层，那么应该是拉力先等于重力、再小于重力、然后等于重力、大于重力、最后等于重力，D正确.
变式1 (多选)[2023·安徽芜湖一中月考] 很多智能手机都有加速度传感器.某同学乘坐小区电梯时打开手机的加速度传感器，把手机平放在手掌上并与电梯保持相对静止，获得加速度的变化情况如图甲所示(规定竖直向上为正方向)，为了方便研究问题，可以将图像简化为图乙，下列说法正确的是( )
AB
A.时间内电梯处于失重状态 B.时间内电梯处于超重状态
C.时间内电梯一定正在上行 D.时间内电梯一定处于静止状态
[解析] 时间内电梯的加速度方向竖直向下，所受弹力小于重力，处于失重状态，故A正确；
时间内电梯的加速度方向竖直向上，所受弹力大于重力，处于超重状态，此时电梯可能加速上升，也可能减速下降，故B正确，C错误；
时间内电梯的加速度为零，可能处于静止状态，也可能处于匀速运动状态，故D错误.
【要点总结】
超重、失重的比较
特征状态 视重与重力的关系 可能运动情况 受力示意图
平衡 静止或匀速直线运动 ________________________________________________________
特征状态 视重与重力的关系 可能运动情况 受力示意图
超重 由得 向上加速或向下减速 ________________________________________________________________________
续表
特征状态 视重与重力的关系 可能运动情况 受力示意图
失重 由得 向下加速或向上减速 ________________________________________________________________________
续表
学习任务二 完全失重的理解
［物理观念］ 完全失重是一种特殊的失重状态，此时物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零.完全失重时，“视重”等于零，此时物体运动的加速度方向向下，大小为.
特征状态 加速度 视重与重力的关系 运动情况 受力示意图
完全失重 由得 自由落体运动、竖直上抛运动等 _________________________________________________
例3 [2023·浙江嘉兴一中月考] 如图所示，两个物体、叠放在一起，接触面粗糙.
(1) 若将它们同时自由释放，不计空气阻力，在空中运动的过程中，两个物体始终保持图中位置关系没有分离，则物体___(填选项前的字母).
A
(2) 若将它们同时竖直向上抛出，不计空气阻力，在空中运动的过程中，两个物体始终保持图中位置关系没有分离,则物体___(填选项前的字母).
A
(3) 若将它们同时水平抛出，不计空气阻力，在空中运动的过程中，两个物体始终保持图中位置关系没有分离,则物体____(填选项前的字母).
A
A.只受重力 B.受重力和对它的压力
C.受重力和对它的摩擦力 D.受重力、对它的压力和摩擦力
[解析] 以两物体整体为研究对象，两个物体、同时由静止释放、竖直上抛或以相同的速度水平抛出，由于不计空气阻力，两个物体都只受重力作用，根据牛顿第二定律，它们的加速度等于重力加速度，方向竖直向下，两物体都处于完全失重状态，故在空中运动的过程中，物体、都只受到重力，选项A正确.
变式2 [2023·广东佛山一中月考] 某同学研究超重和失重现象.在一矿泉水瓶底部钻一小孔后装满水，打开瓶盖，将此矿泉水瓶竖直向上抛出，矿泉水瓶始终保持底部朝下.重力加速度大小为，忽略空气阻力.关于矿泉水瓶被抛出后在空中运动的过程，下列说法正确的是( )
D
A.当矿泉水瓶向上运动时，底部有水漏出，而向下运动时，底部没有水漏出
B.当矿泉水瓶向上运动时，底部没有水漏出，而向下运动时，底部有水漏出
C.无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动，底部都有水漏出
D.无论矿泉水瓶向上运动还是向下运动，底部都没有水漏出
[解析] 抛出后在空中向上或向下运动的矿泉水瓶只在重力的作用下运动，即处于完全失重状态，完全失重状态下的液体内部没有压力，所以水不会漏出来，故A、B、C错误，D正确.
【要点总结】
在完全失重的状态下,一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等.
学习任务三 有关超重、失重的计算
［科学思维］ 解决超重、失重问题的基本方法
(1)明确研究对象，进行受力分析.
(2)判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴.
(3)应用牛顿第二定律列出方程.
(4)代入数据求解，必要时进行讨论.
例4 一个质量为的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一个弹簧测力计，弹簧测力计下面挂着一个质量为的物体，当升降机向上运动时，他看到弹簧测力计的示数为，重力加速度取，求：
(1) 此时升降机的加速度大小；
[答案]
[解析] 弹簧测力计对物体的拉力
对物体，由牛顿第二定律得
解得
故升降机的加速度大小为，方向竖直向下.
(2) 此时人对地板的压力.
[答案] ，方向竖直向下
[解析] 设地板对人的支持力为，对人，由牛顿第二定律得
解得
由牛顿第三定律可知，人对地板的压力为，方向竖直向下.
变式3 某举重运动员在地面上能举起的重物，而在运动着的升降机中却只能举起的重物.取
(1) 求升降机运动的加速度.
[答案] ，方向竖直向上
[解析] 运动员在地面上能举起的重物，则运动员能发挥的向上的最大支撑力.
在运动着的升降机中只能举起的重物，可见该重物超重了，升降机应具有向上的加速度.对于重物，有
解得
(2) 在以的加速度加速下降的升降机中，此运动员最多能举起质量为多大的重物？
[答案]
[解析] 当升降机以的加速度加速下降时，重物处于失重状态.对于重物，有
解得.
【要点总结】
在举重类问题中常常隐含的一个条件是：举重运动员能发挥的向上的最大支撑力(即举重时对重物的最大支持力)是一个恒量，它是由运动员本身的素质决定的，不随运动状态的改变而改变.
1.(多选)如图所示，原来做匀速运动的升降机内有一被伸长弹簧拉
住的具有一定质量的物体 静止在地板上，现发现 突然被弹簧拉
向右方.由此可判断，此时升降机的运动可能是( )
BC
A.加速上升 B.减速上升 C.加速下降 D.减速下降
[解析] 当升降机静止时，地板给物体的静摩擦力与弹簧的弹力平衡，且该静摩
擦力可能小于或等于最大静摩擦力，当升降机有向下的加速度(加速下降或减
速上升)时，物体对地板的正压力将减小，最大静摩擦力也减小，这时的最大
静摩擦力小于电梯静止时的静摩擦力，而弹簧的弹力又未改变，故只有在这种
情况下 才可能被拉向右方，故B、C正确，A、D错误.
2.[2023·江苏武进高级中学期末] 2020年9月15日，我国在黄海海域用“长征十
一号”海射运载火箭，采用“一箭九星”方式将“吉林一号”高分 组卫星送
入预定轨道.下列说法正确的是( )
D
A.火箭发射时，喷出气体对火箭的作用力大小等于火箭的重力
B.火箭在发射过程中其惯性增大
C.火箭在发射阶段处于失重状态
D.卫星在预定轨道运行时处于完全失重状态
[解析] 火箭点火加速上升时，喷出气体对火箭的作用力大于火箭的重力，火箭才能向上加速，故A错误；
质量是惯性大小的唯一量度，火箭在发射过程中消耗燃料，质量减小，故火箭的惯性减小，故B错误；
火箭在发射阶段中加速度向上，故处于超重状态，故C错误；
卫星在预定轨道运行时，万有引力充当向心力，加速度指向地心，故卫星处于完全失重状态，故D正确.
3.[2023·河南洛阳期末] (多选) 小明家住10层，他放学后，乘坐电梯从1层直达
10层.假设电梯刚启动时做匀加速直线运动，中间一段时间内做匀速直线运动，
最后一段时间内做匀减速直线运动.在电梯从1层直达10层的过程中，下列说法
正确的是( )
BD
A.电梯刚启动时，小明处于失重状态
B.电梯刚启动时，小明处于超重状态
C.在超重或失重过程中，小明的体重发生了变化
D.电梯运动的加速度方向发生了变化
[解析] 电梯刚启动时，小明有向上的加速度，则小明处于超重状态，故A错误，B正确；
电梯启动和向上加速时，加速度向上，而减速运动时，加速度向下，故加速度方向发生了变化，故C错误，D正确.
4.人在平地上静止站立时，受到的支持力大小等于人的重
力.做原地纵跳时，在快速下蹲和蹬伸的过程中，人体受到
的支持力发生变化(如图所示， 为重力， 为支持力).下
列曲线能正确反映该变化的是( )
D
A.&2& B.&3&
C.&4& D.&5&
[解析] 人从静止站立开始快速下蹲，有向下的加速度， ；下蹲到最低点时，速度为零，故要经历一个减速的过程，减速阶段的加速度向上， ，故下蹲过程中，人先失重后超重.蹬伸的过程中，人先向上加速，有向上的加速度， ；然后 减小，从速度最大 到腾空过程， ；腾空后， ，故蹬伸到腾空过程中，人先超重后失重，D正确.
A.&2& B.&3&
C.&4& D.&5&
5.如图所示，将金属块用压缩的轻弹簧卡在一个矩形箱中，
在箱的上顶板和下底板上均安有压力传感器，箱可以沿竖
直轨道运动，当箱以 的加速度做竖直向上的匀
减速直线运动时，上顶板的传感器显示的压力为 ，下
底板的传感器显示的压力为 . 取
(1) 若上顶板的传感器示数是下底板的传感器示数的一半，试判断箱的运动情况.
[答案] 处于静止状态或匀速直线运动状态
[解析] 上顶板传感器显示的示数为上顶板对金属块的弹力 ，下底板传感器
显示的示数为弹簧的弹力 .当 时，取向下为正方向,根据牛顿第二
定律得
解得金属块的质量
当上顶板的压力传感器示数是下底板的压力传感器示数的一半时，弹簧弹力不
变
由牛顿第二定律得
解得
所以箱处于静止状态或匀速直线运动状态。
(2) 要使上顶板的传感器示数为零，但金属块仍与上顶板接触，箱沿竖直方向的运动可能是怎样的？
[答案] 可能向上做加速度大小为 的匀加速直线运
动，也有可能向下做加速度大小为 的匀减速直线
运动。
[解析] 若 ，弹簧弹力 不变由牛顿第二定律得
解得 箱在竖直方向上可能向上以 的
加速度做匀加速直线运动，也有可能向下以 的加速度做匀减速直线运
动。
1.(超重和失重的理解)下列关于超重、失重的说法中正确的是( )
B
A.体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态
B.蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态
C.举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态
D.游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态
[解析] A、C、D中的各运动员所受合力为零，加速度为零，B中的运动员处于失重状态.
2.(超重与失重分析)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力随时间变化的图线,纵坐标为力,横坐标为时间.由图线可知( )
B
A.该同学做了两次下蹲—起立的动作
B.该同学做了一次下蹲—起立的动作
C.下蹲过程中人处于失重状态
D.下蹲过程中人先处于超重状态，后处于失重状态
[解析] 在一次下蹲过程中,该同学的重心先加速向下运动,后减速向下运动,先后经历了失重状态和超重状态,所以开始时对压力传感器的压力小于重力,之后阶段对压力传感器的压力大于重力,而在一次起立过程中,该同学要先后经历超重状态和失重状态,所以对压力传
感器的压力先大于重力后小于重力,因此此图记录的应该是一次下蹲—起立的动作过程,选项A、C、D错误，B正确.
3.(完全失重的理解)[2023·河北石家庄一中月考] 载人空间站是一个在轨组装成的空间实验室系统.空间站可以长期驻留3人，随着航天员在空间站轨道舱内停留时间的增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节.下列器材中适宜航天员在空间站轨道舱中进行锻炼的是( )
D
A.哑铃 B.跑步机 C.单杠 D.弹簧拉力器
[解析] 在空间站轨道舱内，所有的物体均处于完全失重状态，航天员利用哑铃、跑步机、单杠进行锻炼均与重力有关，故无法使用，而弹簧拉力器依靠的是弹簧的弹力，与重力无关，故A、B、C错误，D正确.
知识点一 超重和失重的理解
1.下列关于超重和失重的说法中正确的是( )
D
A.物体处于超重状态时，其重力增加了
B.物体处于完全失重状态时，其所受重力为零
C.物体处于超重(或失重)状态时，其惯性比物体处于静止状态时增加(或减小)了
D.物体处于超重或失重状态时，其质量及受到的重力都没有变化
[解析] 超、失重只是一种表象，实际的质量和重力均不变，由于质量不变，所以惯性不变，选项A、B、C错误，D正确.
2.(多选)[2023·浙江绍兴一中月考] 几位同学为了探究电梯启动和制动时的运动状态变化情况，他们将体重计放在电梯中，一位同学站在体重计上，然后乘坐电梯从1层直接到10层，之后又从10层直接回到1层，用照相机进行了相关记录，如图所示.图1为电梯静止时体重计的照片，图2、图3、图4和图5分别为电梯运动过程中体重计的照片.根据照片进行的推断正确的是( )
CD
A.根据图2推断电梯一定处于加速上升过程
B.根据图3推断电梯一定处于减速下降过程
C.根据图4推断电梯内的同学一定处于失重状态
D.根据图5推断电梯内的同学一定处于超重状态
[解析] 根据图2可知，人处于超重状态，电梯的加速度向上，可推断电梯可能处于加速上升过程，也可能处于减速下降过程，选项A错误；
根据图3可知，人处于失重状态，电梯的加速度向下，可推断电梯可能处于加速下降过程，也可能处于减速上升过程，选项B错误；
根据图4可知，体重计读数小于人的质量，可推断电梯内的同学一定处于失重状态，选项C正确；
根据图5可知，体重计读数大于人的质量，可推断电梯内
的同学一定处于超重状态，选项D正确.
知识点二 完全失重的理解
3.如图所示，跳高运动员起跳后向上运动，越过横杆后开始向下运动，不计空气阻力，则运动员越过横杆前、后在空中运动的过程中，下列说法正确的是( )
B
A.一直处于超重状态 B.一直处于失重状态
C.先处于超重状态，后处于失重状态 D.先处于失重状态，后处于超重状态
[解析] 运动员离开地面后做斜上抛运动，越过横杆前、后在空中运动的过程中，加速度为重力加速度，方向竖直向下，所以运动员始终处于完全失重状态，故选B.
4.[2023·四川绵阳中学月考] 如图所示，在“天宫课堂”中，航天员王亚平将乒乓球浸没在水中，乒乓球停留在了水中.合理的解释是( )
C
A.乒乓球不受任何力的作用 B.在太空中乒乓球的惯性变大
C.在太空失重环境下浮力几乎消失 D.在太空失重环境下受到地球的引力为零
[解析] 在太空中乒乓球仍受地球的引力作用，故A、D错误；
惯性只与质量有关，由于乒乓球的质量不变，所以在太空中乒乓球的惯性不变，故B错误；
在太空中乒乓球处于完全失重状态，和重力有关的一切现象会消失，所以在太空失重环境下浮力几乎消失，故C正确.
5.[2023·山东日照一中月考] 2022年11月29日23时08分，搭载神舟十五号载人飞船的长征二号遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，费俊龙、邓清明、张陆三名航天员顺利进入太空，按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接，与神舟十四号飞船胜利“太空会师”，发射任务圆满完成.则下列说法错误的是( )
A.火箭点火加速上升时航天员处于超重状态
B.火箭点火加速上升时，加速度越大，航天员越容易受伤
C.在空间站航天员可以用天平测物体的质量
D.航天员返回时，在打开降落伞后，返回舱在减速下降的过程中处于超重状态
C
[解析] 火箭点火加速上升时，航天员也加速上升，航天员处于超重状态，加速度越大，座椅对航天员的支持力也越大，航天员也越容易受伤，故A、B正确；
在空间站里时，处于完全失重，天平无法使用，故C错误；
返回舱做减速向下运动，其加速度向上，因此处于返回舱中的航天员处于超重状态，故D正确.
6.(多选)[2023·广东深圳中学月考] “蹦极”是一项非常刺激的体育运动.某人身系弹性绳自高空中点自由下落，图中点是弹性绳处于原长时的位置，点是人能到达的最低点，点是人静止悬吊时的平衡位置.人从点下落到最低点的过程中 ( )
AB
A.人在段时，做自由落体运动，处于完全失重状态
B.人在段时，绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态
C.人在段时，绳的拉力小于人的重力，人处于失重状态
D.人在点时，人的速度为零，其加速度为零
[解析] 人在段时，只受到重力作用，做自由落体运动，处于完全失重状态，A正确；
人在段时，受到重力和向上的拉力，且拉力小于重力，所以合力向下，加速度向下，处于失重状态，B正确；
人在段时，受到重力和向上的拉力，且拉力大于重力，所以合力向上，加速度向上，处于超重状态，C错误；
人到点时，拉力最大，合力向上，加速度向上，不为零，D错误.
7.[2023·河北辛集中学月考] 为了研究落体运动，某同学用手机软件同步采集了手机下落过程中加速度随时间变化的数据，如图所示.实验时，质量为的手机竖直放置，由静止开始自由下落，最终落到蹦床上，取.分析数据，下列说法正确的是( )
D
A.时段手机处于超重状态
B.时段手机处于失重状态
C.时刻手机下降到最低点
D.手机落到蹦床后，蹦床对手机的最大弹力约为
[解析] 时段手机有向下的加速度，处于失重状态，故A错误；
时段手机有向上的加速度，处于超重状态，故B错误；
时刻手机加速度为零，速度不为零，手机仍在向下运动，未到达到最低点，故C错误；
由图可知，当手机加速度方向向上时，手机加速度最大值约为，根据牛顿第二定律，解得，故手机落到蹦床后，蹦床对手机的最大弹力约为，故D正确.
8.(多选)同一乘客三次分别乘坐不同的电梯上楼，过程中都经历了电梯加速上升阶段，假设三次的加速度大小相同，且乘客相对电梯均静止，如图甲、乙、丙所示.在上述加速阶段中，下列说法正确的是( )
CD
A.三种方式乘客均受到了电梯地板的摩擦力作用
B.只有在甲种方式中，乘客才受到了摩擦力作用
C.在丙种方式中，乘客受到电梯地板的支持力最大
D.三种方式中的乘客均处于超重状态
[解析] 电梯加速上升阶段，在甲种方式中，乘客受到支持力、重力、沿斜面向上的摩擦力作用；在乙种方式中，乘客受到支持力、重力、水平向右的摩擦力作用；在丙种方式中，乘客受到支持力、重力，故在甲、乙两种方式中，乘客受到了摩擦力作用，故A、B错误；
在甲种方式中，乘客受到电梯地板的支持力为 ，在乙种方式中，根据牛顿第二定律有 ，乘客受到电梯地板的支持力为 ，在丙种方式中，根据牛顿第二定律有，乘客受到电梯地板的支持力为，可得，故在丙种方式中，乘客受到电梯地板的支持力最大，故C正确；
三种方式中的乘客均有向上的加速度，处于超重状态，故D正确.
9.[2023·江西玉山一中月考] 在探究超重、失重规律的过程中，某同学找来了压力传感器，把传感器平放到电梯中，双脚踩在压力传感器上，从楼上坐电梯直到1楼，他加速下降时开始计时，此时开始匀速运动，测得压力传感器的示数随时间变化的图像如图所示，时恰好停在1楼，重力加速度大小取.求电梯：
(1) 做匀减速运动的加速度大小；
[答案]
[解析] 由图像可知，内电梯匀速运动，由平衡条件得，其中，内电梯匀减速运动，根据牛顿第二定律有,其中
联立解得加速度
(2) 匀速运动的速度大小；
[答案]
[解析] 匀速运动的速度即减速运动的初速度，根据逆向思维法有
(3) 开始下降时距离地面的高度.
[答案]
[解析] 匀速下降的位移
匀减速下降的位移
电梯下降的总位移为
10.一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重，既新奇又刺激，很受人们欢迎.其原理是将巨型娱乐器械由升降机送到离地面的高处，然后让座舱自由下落，落到离地面高时，制动系统启动，座舱均匀减速，到地面时刚好停下.若座舱中的小李质量为，取，则：
(1) 此过程中的最大速度是多少？当座舱落到离地面的位置时，座椅对小李的支持力是多大？
[答案] ; 0
[解析] 由题意可知，座舱先自由下落，在高处时制动系统启动,之后做匀减速运动，所以下落时速度最大，设为，有
解得
离地面时，座舱自由下落，处于完全失重状态，所以座椅对小李的支持力为0.
(2) 当座舱落到离地面的位置时，小李对座椅的压力是多大？
[答案]
[解析] 设匀减速运动的加速度大小为，有
解得
对小李，由牛顿第二定律得
解得
根据牛顿第三定律，小李对座椅的压力是.
11.[2023·安徽太和中学月考] 如图所示，一个质量为的箱子放在台秤的托盘上，箱内有一质量为的物体，的上端用弹簧与箱子的顶部连接，的下端用细线系在箱子的底部，细线绷紧，拉力大小为为重力加速度，整个系统处于静止状态.现将细线剪断，物体向上运动，不计弹簧和细线的质量，下列说法不正确的是( )
D
A.剪断细线前，台秤读数为
B.剪断细线的瞬间，台秤读数突然变大
C.剪断细线的瞬间，物体的加速度为，方向竖直向上
D.剪断细线后，物体向上运动至最高点的过程中，台秤读数先小于，后大于
[解析] 剪断细线前，对物体和箱子整体分析，台秤示数，故A正确；
剪断细线前，对物体A受力分析，有，其中，剪断细线的瞬间，对物体A受力分析，有，解得，方向竖直向上，此时物体处于超重状态，台秤读数突然变大，故B、C正确；
剪断细线后，物体先超重后失重，则台称该数先大于,后小于，故D错误.
