人教版高中物理舉一反三-必修一4.6超重和失重（教師版）

4.6超重和失重解析版一、重力的測(cè)量1.方法一：先測(cè)量物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度g，再用天平測(cè)量物體的質(zhì)量，利用牛頓第二定律可得G=mg。2.方法二：將待測(cè)物體懸掛或放置在測(cè)力計(jì)上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)力的平衡條件可得重力大小等于測(cè)力計(jì)的示數(shù)，即G=F。二、超重和失重1.視重當(dāng)物體豎直懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)稱為“視重”，大小等于彈簧測(cè)力計(jì)所受的拉力或臺(tái)秤所受的壓力。2.失重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有向下的加速度(或豎直分量向下)。3.超重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有向上的加速度(或豎直分量向上)。4.完全失重(1)定義：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于零的狀態(tài)。(2)產(chǎn)生條件：a=g，且方向豎直向下。三、超重和失重現(xiàn)象的分析物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)。狀態(tài)加速度視重F與重力mg的關(guān)系運(yùn)動(dòng)情況舉例受力示意圖平衡a=0F=mg靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)?超重向上F=m(g+a)>Mg向上加速或向下減速?失重向下F=m(g-a)<mg(a<g)向下加速或向上減速?完全失重a=gF=0自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)?四、超重、失重現(xiàn)象的應(yīng)用?1.超重現(xiàn)象的定量分析人站在具有向上的加速度a(向上加速或向下減速)的電梯里的體重計(jì)上，以人為研究對(duì)象：由牛頓第二定律有F合=F-mg=ma則體重計(jì)對(duì)人的支持力F=mg+ma故人對(duì)體重計(jì)的壓力大小F'=F=mg+ma因此體重計(jì)的示數(shù)為F'=mg+ma>mg2.失重現(xiàn)象的定量分析人站在具有向下的加速度a(向下加速或向上減速)的電梯里的體重計(jì)上，以人為研究對(duì)象：由牛頓第二定律有F合=mg-F=ma則體重計(jì)對(duì)人的支持力F=mg-ma故人對(duì)體重計(jì)的壓力大小為F'=F=mg-ma因此體重計(jì)的示數(shù)為F'=mg-ma<mg3.完全失重當(dāng)物體具有向下的加速度且a=g時(shí)，則F'=mg-mg=0?！境睾褪е嘏e一反三練習(xí)】1．某運(yùn)動(dòng)員練習(xí)縱跳，從下蹲狀態(tài)向上躍起，直至豎直上升過(guò)程中，該運(yùn)動(dòng)員（

）

A．處于失重狀態(tài) B．處于超重狀態(tài)C．先超重后失重 D．先失重后超重【答案】C【詳解】從下蹲狀態(tài)向上躍起，直至豎直上升過(guò)程中，該運(yùn)動(dòng)員先向上做加速運(yùn)動(dòng)，后做減速運(yùn)動(dòng)，因此先超重后失重，故ABD錯(cuò)誤，C正確。故選C。2．(多選)在如圖所示“兒童蹦極”活動(dòng)中，拴在小朋友腰間的是左右對(duì)稱彈性極好的相同橡皮繩。若小朋友從最低位置（此時(shí)橡皮繩伸長(zhǎng)量最大）處開始由靜止上升，直至上升到橡皮繩處于原長(zhǎng)的過(guò)程中（橡皮繩處于彈性限度內(nèi)），下列說(shuō)法中正確的是（）A．橡皮繩恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)，小朋友的速度、加速度都為零B．小朋友的速度最大時(shí)，其加速度等于零C．小朋友處于最低位置時(shí)，速度為零，既不超重也不失重D．此過(guò)程小朋友的加速度先變小再變大，先處于超重狀態(tài)再處于失重狀態(tài)【答案】BD【詳解】A．橡皮筋處于原長(zhǎng)位置時(shí)，小朋友只受重力，加速度為g，無(wú)法判斷速度是否為0，故A錯(cuò)誤；B．小朋友所受合力為0時(shí)加速度為0，速度不再增大，此時(shí)速度最大，故B正確；C．小朋友處于最低點(diǎn)位置時(shí)，速度為零，但合力向上，加速度方向向上，不為0，處于超重狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；D．小朋友從最低點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡皮筋的拉力的合力大于重力，處于超重狀態(tài)，拉力和重力的合力向上但逐漸減小，加速度越來(lái)越小，而后橡皮筋拉力的合力會(huì)小于重力，處于失重狀態(tài)，拉力和重力的合力向下增大，加速度增大，故D正確。故選BD。3．2022年11月29日23時(shí)08分，搭載神舟十五號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F遙十五運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，約10分鐘后，神舟十五號(hào)載人飛船與火箭成功分離，進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射取得成功。11月30日7時(shí)33分，神舟十五號(hào)3名航天員順利進(jìn)駐中國(guó)空間站，與神舟十四號(hào)航天員乘組首次實(shí)現(xiàn)“太空會(huì)師”。下列說(shuō)法正確的是（

）

A．23時(shí)08分指的是時(shí)間間隔B．研究飛船與火箭分離過(guò)程時(shí)，飛船可以看成質(zhì)點(diǎn)C．火箭發(fā)射升空的過(guò)程中，宇航員處于超重狀態(tài)D．火箭發(fā)射時(shí)火箭向下推空氣，空氣給火箭向上的反作用力【答案】C【詳解】A．23時(shí)08分指的是發(fā)射的時(shí)刻，故A錯(cuò)誤；B．研究飛船與火箭分離過(guò)程時(shí)要考慮形狀大小，不可把飛船看成質(zhì)點(diǎn)，故B錯(cuò)誤；C．火箭發(fā)射升空的過(guò)程中向上做加速運(yùn)動(dòng)，加速度向上處于超重狀態(tài)，故C正確；D．火箭發(fā)射時(shí)火箭向下推噴出的氣體，氣體給火箭向上的反作用力，故D錯(cuò)誤。故選C。4．如圖所示，小球懸掛在箱子頂端的拉力傳感器上，當(dāng)箱子沿豎直方向做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器的示數(shù)會(huì)變大或者變小，當(dāng)箱子的加速度向上為a時(shí)，可認(rèn)為重力加速度由g變?yōu)?，?dāng)箱子的加速度向下為a時(shí)，可認(rèn)為重力加速度由g變?yōu)?，小球好像處在一個(gè)重力加速度為的環(huán)境里，可把這個(gè)稱為等效重力加速度。下列說(shuō)法正確的是（）

A．當(dāng)箱子向上做減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，等效重力加速度g'大于重力加速度gB．當(dāng)箱子向上的加速度等于g時(shí)，等效重力加速度g'等于2gC．當(dāng)箱子既不是超重狀態(tài)也不是失重狀態(tài)，等效重力加速度等于0D．拉力傳感器的示數(shù)F與小球的重力mg的合力與小球的質(zhì)量m之比等于等效重力加速度【答案】B【詳解】A．當(dāng)小球向上做減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度向下，等效重力加速度g'小于重力加速度g，A錯(cuò)誤；B．當(dāng)小球向上的加速度等于g時(shí)，由可得B正確；C．當(dāng)小球既不是超重狀態(tài)也不是失重狀態(tài)，豎直方向的加速度a=0，由可得C錯(cuò)誤；D．由牛頓第二定律可知或即或則拉力傳感器的示數(shù)F與小球的質(zhì)量m之比等于等效重力加速度，D錯(cuò)誤。故選B。5．如圖甲所示，在體重計(jì)上一同學(xué)下蹲和站起，體重計(jì)的示數(shù)變化如圖乙所示，下列說(shuō)法正確的是（

）

A．a(chǎn)-b段對(duì)應(yīng)的是站起過(guò)程，b-c段對(duì)應(yīng)的是下蹲過(guò)程B．d-e段對(duì)應(yīng)的是站起過(guò)程，e-f段對(duì)應(yīng)的是下蹲過(guò)程C．a(chǎn)-c段對(duì)應(yīng)的是站起過(guò)程，d-f段對(duì)應(yīng)的是下蹲過(guò)程D．c點(diǎn)和d點(diǎn)處于蹲下狀態(tài)，a點(diǎn)和f點(diǎn)處于直立狀態(tài)【答案】D【詳解】AC．根據(jù)圖乙可知，a-b段視重小于實(shí)重，b-c段視重大于實(shí)重，則可知a-c段對(duì)應(yīng)整個(gè)下蹲過(guò)程，即先加速向下，再減速向下，加速度先向下，再向上，先失重，后超重，故AC錯(cuò)誤；B．d-e段視重大于實(shí)重，e-f段視重小于實(shí)重，則可知d-f段對(duì)應(yīng)整個(gè)站起過(guò)程，即先加速向上，再減速向上，加速度先向上，再向下，先超重，后失重，故B錯(cuò)誤；D．根據(jù)以上分析可知，c點(diǎn)和d點(diǎn)處于蹲下狀態(tài)，a點(diǎn)和f點(diǎn)處于直立狀態(tài)，故D正確。故選D。6．打開手機(jī)加速度傳感器APP，手握手機(jī)迅速下蹲，手機(jī)記錄的圖像如圖所示，a、b分別為圖像的峰值，則（）A．峰值a對(duì)應(yīng)時(shí)刻，人向下運(yùn)動(dòng)的速度最大B．峰值b對(duì)應(yīng)時(shí)刻，人向下運(yùn)動(dòng)的速度最大C．峰值a對(duì)應(yīng)時(shí)刻，人對(duì)地面的壓力小于自身重力D．峰值b對(duì)應(yīng)時(shí)刻，人對(duì)地面的壓力小于自身重力【答案】D【詳解】AC．峰值a對(duì)應(yīng)時(shí)刻，有向上的最大加速度，人在做減速運(yùn)動(dòng)，人對(duì)地面的壓力大于自身重力，速度不是最大，故AC錯(cuò)誤；BD．峰值b對(duì)應(yīng)時(shí)刻有向下的最大加速度，人處在失重狀態(tài)，人對(duì)地面的壓力小于自身重力，此后一段時(shí)間人仍在向下加速，所以向下的速度不是最大，故B錯(cuò)誤，D正確。故選D。7．質(zhì)量為m的人站在電梯內(nèi)，電梯從1樓上升到40樓，此過(guò)程中電梯速度v隨時(shí)間t變化的圖像如圖所示，重力加速度為g，下列說(shuō)法正確的是（）

A．時(shí)間內(nèi)電梯對(duì)人的支持力小于mgB．時(shí)間內(nèi)人處于超重狀態(tài)C．時(shí)間內(nèi)人處于超重狀態(tài)D．時(shí)間內(nèi)電梯對(duì)人的支持力不斷增大【答案】D【詳解】A．由圖可知，時(shí)間內(nèi)電梯向上加速運(yùn)動(dòng)，具有向上的加速度，電梯里的人處于超重狀態(tài)，電梯對(duì)人的支持力大于mg，A錯(cuò)誤；B．由圖可知，時(shí)間內(nèi)電梯做勻速運(yùn)動(dòng)，電梯里的人處于平衡狀態(tài)，B錯(cuò)誤；C．由圖可知，時(shí)間內(nèi)電梯向上做減速運(yùn)動(dòng)，具有向下的加速度，電梯里的人處于失重狀態(tài)，C錯(cuò)誤；D．圖像的斜率絕對(duì)值表示加速度大小，由圖可知，時(shí)間內(nèi)加速度逐漸減小，根據(jù)牛頓第二定律有解得所以電梯對(duì)人的支持力不斷增大，D正確。故選D。8．如圖所示，魚兒擺尾擊水躍出水面，吞食荷花花瓣的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（

）

A．魚兒吞食花瓣時(shí)魚兒受力平衡B．魚兒擺尾出水時(shí)浮力大于重力C．魚兒擺尾擊水時(shí)受到水的作用力D．研究魚兒擺尾擊水躍出水面的動(dòng)作可把魚兒視為質(zhì)點(diǎn)【答案】C【詳解】A．魚兒吞食花瓣時(shí)處于失重狀態(tài)，A錯(cuò)誤；BC．魚兒擺尾出水時(shí)排開水的體積變小，浮力變小，魚兒能夠出水的主要原因是魚兒擺尾時(shí)水對(duì)魚向上的作用力大于重力，B錯(cuò)誤、C正確；D．研究魚兒擺尾擊水躍出水面的動(dòng)作不可以把魚兒視為質(zhì)點(diǎn)，否則就無(wú)動(dòng)作可言，D錯(cuò)誤。故選C。9．一質(zhì)量為m的乘客乘坐豎直電梯下樓，其位移s與時(shí)間t的關(guān)系圖像如圖所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小為g。以下判斷正確的是（）

A．時(shí)間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N>mg B．時(shí)間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N<mgC．時(shí)間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N<mg D．時(shí)間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N>mg【答案】D【詳解】AB．由于s-t圖像的斜率表示速度，可知在0~t1時(shí)間內(nèi)速度增加，即乘客的加速度向下，處于失重狀態(tài)，則FN<mgAB錯(cuò)誤；CD．在t2~t3時(shí)間內(nèi)速度減小，即乘客的減速下降，處于超重，則FN>mgC錯(cuò)誤，D正確。故選D。10．(多選)如圖所示為東方明珠廣播電視塔，是上海的標(biāo)志性文化景觀之一，塔高約468米。游客乘坐觀光電梯大約1min就可以到達(dá)觀光平臺(tái)。若電梯簡(jiǎn)化成只受重力與繩索拉力，已知電梯在由靜止開始上升，其加速度a與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示。下列相關(guān)說(shuō)法正確的是（）

A．t＝6s時(shí)，電梯處于超重狀態(tài) B．7~53s時(shí)間內(nèi)，繩索拉力最小C．t＝59s時(shí)，電梯處于超重狀態(tài) D．t＝60s時(shí)，電梯速度恰好為0【答案】AD【詳解】A．t＝6s時(shí)，電梯加速度向上，則處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)A正確；BC．7~53s時(shí)間內(nèi)，電梯運(yùn)動(dòng)上行，此時(shí)繩索拉力等于重力；53~60s時(shí)間內(nèi)，電梯減速上行，加速度向下，此時(shí)電梯處于失重狀態(tài)，此時(shí)繩索拉力小于重力；則7~53s時(shí)間內(nèi)，繩索拉力不是最小的，選項(xiàng)BC錯(cuò)誤；D．因a-t圖像的面積等于速度的變化量，則在60s內(nèi)速度的變化量為零，即t＝60s時(shí)電梯速度恰好為0，選項(xiàng)D正確。故選AD。11．(多選)“蹦極”是一項(xiàng)非常刺激的體育運(yùn)動(dòng)，某人身系彈性繩自高空中P點(diǎn)由靜止開始下落，如圖所示，a點(diǎn)是彈性繩的原長(zhǎng)位置，c點(diǎn)是人所能到達(dá)的最低位置，b點(diǎn)是人靜止懸掛時(shí)的平衡位置，則在人從P點(diǎn)下落到c點(diǎn)的過(guò)程中，不計(jì)空氣阻力。（）

A．在Pa段，人做自由落體運(yùn)動(dòng)，處于完全失重狀態(tài)B．在ab段，人的速度越來(lái)越小，人處于失重狀態(tài)C．在bc段，人的加速度越來(lái)越大，人處于超重狀態(tài)D．在c點(diǎn)，人的速度為零，加速度也為零【答案】AC【詳解】A．在Pa段，人做自由落體運(yùn)動(dòng)，加速度為g，故處于完全失重狀態(tài)，故A正確；B．在b點(diǎn)時(shí)，重力等于拉力，故在ab段，繩子的拉力大小小于人的重力，人繼續(xù)向下做加速運(yùn)動(dòng)，人處于失重狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；C．在bc段，繩子的拉力大小大于人的重力，人開始做加速度向上的減速運(yùn)動(dòng)，且加速度越來(lái)越大，人處于超重狀態(tài)，故C正確；D．在c點(diǎn)，人的速度為零，繩的拉力大于人的重力，人有向上的加速度，故D錯(cuò)誤。故選AC。12．(多選)如圖，將游樂(lè)場(chǎng)的滑梯簡(jiǎn)化成傾角為的斜面，該滑梯的質(zhì)量為M，放在粗糙水平面上，一個(gè)質(zhì)量為m的小朋友沿滑梯下滑。在滑梯的不同位置，由于小朋友與滑梯間的動(dòng)摩擦因數(shù)不同，小朋友在滑梯上的AB段勻速下滑，在BC段以大小為a的加速度勻減速下滑，滑梯始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，重力加速度大小為g，則（）

A．小朋友在AB段勻速下滑的過(guò)程中，地面對(duì)滑梯的摩擦力為零B．小朋友在BC段勻減速下滑的過(guò)程中處于失重狀態(tài)C．小朋友在BC段勻減速下滑的過(guò)程中，地面對(duì)滑梯的支持力大小為D．小朋友在BC段勻減速下滑的過(guò)程中，滑梯對(duì)地面的摩擦力大小為，方向水平向左【答案】AC【詳解】A．小朋友在段勻速下滑的過(guò)程中，小朋友和滑梯組成的系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，地面對(duì)滑梯的支持力大小等于總重，即為，整體水平方向合外力為零，則地面對(duì)滑梯的摩擦力為零，A正確；B．小朋友在段勻減速下滑加速度沿斜面向上，處于超重狀態(tài)，B錯(cuò)誤；CD．小朋友在段勻減速下滑的過(guò)程中，加速度方向沿斜面向上，將加速度進(jìn)行分解，如圖所示

根據(jù)質(zhì)點(diǎn)系牛頓第二定律有解得地面對(duì)滑梯的支持力大小為水平方向根據(jù)牛頓第二定律可得滑梯對(duì)地面的摩擦力大小為方向水平向右，C正確，D錯(cuò)誤。故選AC。13．(多選)在電梯中，把一重物置于水平臺(tái)秤上，臺(tái)秤與力傳感器相連，電梯先從靜止加速上升，然后又勻速運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，最后停止運(yùn)動(dòng)。傳感器屏幕上顯示出其所受的壓力與時(shí)間的關(guān)系圖像，如圖所示，g取下列說(shuō)法正確的是（）

A．電梯在啟動(dòng)階段經(jīng)歷了4s的加速上升過(guò)程B．電梯的最大加速度是C．重物在0到4s的時(shí)間里，先超重后失重D．在整個(gè)過(guò)程中，重物所受重力先變大，后不變，再變小，最后又不變【答案】AB【詳解】AC．由圖可知，重物在0到4s的時(shí)間里，一直處于超重狀態(tài)，加速度向上，電梯加速上升，故C錯(cuò)誤，A正確；B．由圖可知，重物的重力為，當(dāng)壓力最大為時(shí)，具有向上的最大加速度，由牛頓第二定律有解得故B正確；D．在整個(gè)過(guò)程中，重物所受重力保持不變，故D錯(cuò)誤。故選AB。14．一質(zhì)量為60kg的人站在豎直向上