衔接点27 超重和失重（解析版）

衔接点27超重和失重课程标准初中初中无该知识点高中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．初中物理知识储备1．二力平衡法求重力：竖直悬挂在弹簧测力计下方物体，弹簧拉力和重力平衡。静止在水平面上的物体重力和支持力平衡。2．生活中乘坐电梯有超重和失重的感觉。高中物理新知识、新模型知识点一重力的测量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m，利用牛顿第二定律可得G＝mg.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．知识点二超重和失重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(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象．(2)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(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象．(2)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：物体对支持物的压力(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．知识点三判断超重、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g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．初、高中物理衔接点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力．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平衡a＝0F＝mg静止或匀速直线运动超重竖直向上或有竖直向上的分量由F－mg＝ma得F＝m(g＋a)>mg向上加速或向下减速失重竖直向下或有竖直向下的分量由mg－F＝ma得F＝m(g－a)<mg向下加速或向上减速完全失重a＝gF＝0自由落体运动、竖直上抛运动3.超重和失重的有关计算解决超重和失重问题的一般思路超重和失重现象的实质就是牛顿第二定律的应用，解答有关问题时：(1)分析物体运动的加速度方向；(2)判断物体处于超重状态还是失重状态；(3)对物体进行受力分析；(4)利用牛顿第二定律分析和求解．1.如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动．(1)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？(2)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)以上哪种运动人处于超重状态？哪种运动处于失重状态？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，即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重状态，向上减速运动时处于失重状态．例题1.2021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．宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是()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力C．在飞船绕地球运行时，宇航员处于完全失重状态，则宇航员的重力消失了D．飞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；宇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．例题2.某同学站在电梯底板上，如图所示的v－t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()A．在0～20s内，电梯向上运动，该同学始终处于超重状态B．在0～5s内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态C．在5～10s内，电梯处于静止状态，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力D．在10～20s内，电梯在减速上升，该同学处于失重状态答案D解析在v－t图像中，图像的斜率表示加速度，故0～5s内斜率为正，加速度为正，方向竖直向上，速度为正，即电梯向上做加速运动，处于超重状态；在5～10s过程中，电梯匀速运动，该同学加速度为零，该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力，处于平衡状态；10～20s过程中，斜率为负，加速度竖直向下，速度为正，即电梯向上做减速运动，处于失重状态，D正确．例题3.升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20kg的物体(g＝10m/s2)，则：(1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？(2)当升降机以1m/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(1)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＝mg＝200N根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为200N.(2)当升降机以1m/s2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＝ma1解得FN′＝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″＝ma2解得FN″＝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，则物体对台秤的压力为0.一、单选题1．如图所示，运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程，在这两个过程中，下列说法正确的是（）

A．加速下降过程处于超重状态B．加速下降过程处于失重状态C．减速下降过程处于失重状态D．减速下降过程处于平衡状态【答案】B【解析】ABC．当物体具有向上的加速度时，物即体对支持物的压力（或对悬绳的拉力）大于物体所受重力的现象叫做超重；当物体具有向下的加速度时，即物体对支持物的压力（或对悬绳的拉力）小于物体所受重力的现象叫做失重；所以加速下降过程，加速度向下，属于失重，减速下降过程，加速度向上，属于超重；故AC错误，B正确D．平衡状态即物体受力平衡，处于匀速直线运动或者静止的状态称为平衡状态，减速下降过程加速度向上，受到的合力向上，不是平衡状态，故D错误。故选B。2．如图所示为某工地上的自动卸货车作业过程，卸货车始终静止在水平地面上，车厢在液压机的作用下，倾角先缓慢增大，当货物开始加速下滑时倾角保持不变。在卸货的全过程中（）

A．货物受到车厢的摩擦力一直增大B．货物受到车厢的支持力一直减小C．地面对货车的支持力一直大于总重力D．地面对货车的支持力大小先等于总重力后小于总重力【答案】D【解析】设货物的质量为m，货物与车厢间的动摩擦因数为。AB．当货物相对于车厢静止时货物处于平衡状态，则有增大时，f增大，N减小；当货物加速下滑时，倾角保持不变，则支持力保持不变，摩擦力也保持不变，故AB错误；CD．当开始时，货物处于静止状态，地面对货车的支持力大小等于总重力，当货物相对车厢加速下滑时，货物处于失重状态，所以汽车对地面的压力小于货物和汽车的总重力，故C错误，D正确。故选D。3．如图所示，人站在地板水平的电梯内的台秤上，人与电梯相对静止一起运动，如果人对台秤的压力大小为F1，台秤对人的支持力大小为F2，人受到的重力大小为G，则下列说法正确的是（）

A．当电梯加速上升时，F1小于GB．当电梯减速上升时，F1小于F2C．F1和F2是一对平衡力D．F1和F2不能求合力【答案】D【解析】A．当电梯加速上升时，加速度向上，人超重，则F1大于G，选项A错误；BCD．因F1与F2是一对相互作用力，则无论电梯如何运动，F1与F2大小总相等，因两者作用在两个物体上，则F1和F2不能求合力，选项BC错误，D正确。故选D。4．我国的神舟十四号宇宙飞船于2022年12月4日成功返回。为保证飞船安全着陆，在即将落地时要通过制动使飞船减速到某一安全速度值，在这段减速降落的时间内（）A．宇航员处于超重状态B．宇航员处于失重状态C．宇航员处于平衡状态D．宇航员受到的重力将变小【答案】A【解析】ABC．飞船减速则飞船的有向上的加速度，故飞船处于超重状态，故A正确，BC错误；D．无论超重，还是失重，物体的重力不变，故D错误。故选A。5．如图所示，吊车用巨大的电磁铁吸起成吨的钢板，吊车和钢板保持静止状态，电磁铁与钢板的接触面保持水平。下列说法正确的是（）

A．增大电磁铁中的电流后，电磁铁吸引力变大，地面对吊车的支持力变大B．减小电磁铁中的电流后，钢板下落瞬间，地面对吊车的支持力保持不变C．吊车臂缓慢抬升过程中，钢板受到的吊车作用力变大D．若吊车突然启动向前，则启动瞬间钢板受到向前的摩擦力【答案】D【解析】A．增大电磁铁中的电流后，电磁铁引力变大，钢板和吊车仍然保持静止，由整体法可知地面对吊车的支持力不变，A错误；B．钢板下落瞬间，吊车和钢板组成的整体处于失重状态，地面对吊车的支持力小于吊车和钢板所受重力之和，即地面对吊车的支持力变小，B错误；C．吊车臂缓慢抬升，钢板依然保持平衡状态，所受合力为零，吊车对其作用力大小等于钢板重力，即钢板受到的吊车作用力不变，C错误；D．吊车突然启动向前，钢板相对电磁铁有向后运动趋势，受到向前的摩擦力，D正确。故选D。6．年糕是我国很多地方传统的新年应时食品，打年糕时一般需要用木制榔头反复捶打石槽中煮熟的糯米如图所示。用木制榔头捶打年糕的过程中，放在水平地面上的石槽始终未动，下列说法正确的是（）A．整个下降过程中榔头始终处于失重状态B．榔头对年糕的弹力是年糕发生形变引起的C．年糕凹陷，说明榔头对年糕的打击力大于年糕对榔头的支持力D．榔头向下打击年糕时，地面对石槽的支持力大于石槽和年糕的总重力【答案】D【解析】A．下降过程中，榔头先加速后减速，向下加速过程，加速度向下，处于失重状态，向下减速过程，加速度向上，处于超重状态，A错误；B．榔头对年糕的弹力是榔头发生形变引起的，B错误；C．由牛顿第三定律，榔头对年糕的打击力等于年糕对榔头的支持力，C错误；D．榔头向下打击年糕时，设榔头对年糕的冲击力为,地面对石槽的支持力为，石槽和年糕的总重力为。则有D正确。故选D。7．2月24日12时01分，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭，成功将1号遥感卫星发射升空，并让它顺利进入预定轨道。下列说法正确的是（）

A．12时01分指时间间隔B．研究火箭转向时可以把火箭看成质点C．燃气对火箭的推力大于火箭对燃气的推力D．卫星进入预定轨道后处于失重状态【答案】D【解析】A．12时01分指时刻。故A错误；B．研究火箭转向时，火箭大小不能忽略，所以不可以把火箭看成质点。故B错误；C．根据牛顿第三定律可知，燃气对火箭的推力等于火箭对燃气的推力。故C错误；D．卫星进入预定轨道后，绕地球做匀速圆周运动，向心加速度方向指向地心，处于失重状态。故D正确。故选D。8．在升降机里，一个小球系于弹簧下端，如图所示，升降机静止时，弹簧伸长4cm，升降机运动时，弹簧伸长2cm，则升降机运动情况是（）

A．以的加速度加速下降B．以的加速度减速上升C．以的加速度加速上升D．以的加速度减速下降【答案】B【解析】当升降机静止时弹簧伸长4cm，假设弹簧劲度系数是k，则当升降机运动时弹簧伸长2cm，根据牛顿第二定律有联立解得方向竖直向下，为失重状态，则升降机可能是加速下降，也可能是减速上升。故选B。二、多选题9．某人乘电梯从楼到楼的图像如图，下列说法正确的是（）

A．内物体做匀加速直线运动，加速度为B．内物体做匀速直线运动，速度保持不变C．内，物体做匀减速直线运动，处于失重状态D．内，此人经过的位移为【答案】ABD【解析】A．根据题意，由图可知，内物体做匀加速直线运动，加速度大小故A正确；B．根据题意，由图可知，内物体速度保持不变，做匀速直线运动，故B正确；C．根据题意，由图可知，内，物体做匀减速直线运动，加速度为可知，加速度方向竖直向上，则处于超重状态，故C错误；D．根据图像中面积表位移，由图像可知，内，此人经过的位移为故D正确。故选ABD。10．如图所示，斜面体放在水平面上，一个光滑物块从斜面底端以一定的初速度沿斜面向上滑动，速度减为零后又向下滑动，斜面体始终保持静止，则物块在斜面上运动过程中（

）

A．物块先超重后失重B．水平面对斜面体的支持力不变C．水平面对斜面体的摩擦力始终向左D．物块运动到最高点时，水平面对斜面体的摩擦力为零【答案】BC【解析】A．物块上滑和下滑时加速度均沿斜面向下，即始终有向下的分加速度，因此始终处于失重状态，A项错误；B．物块光滑，则无论上滑还是下滑物块对斜面的压力不变，则水平面对斜面体的支持力不变，B项正确；C．物块有水平向左的分加速度，因此整体有向左的外力，即水平面对斜面体的摩擦力始终向左，C项正确；D．物块运动到最高点时，物块仍有向左的分加速度，因此水平面对斜面体的摩擦力不为零，D项错误。故选BC。11．“天宫二号”绕地球运动时，里面所有物体都处于完全失重状态，则在其中可以完成下列哪个实验（）A．水银温度计测量温度B．做托里拆利实验C．验证阿基米德原理D．用两个弹簧测力计验证牛顿第三定律【答案】AD【解析】物体处于完全失重状态，与重力有关的一切物理现象都消失了。托里拆利实验用到了水银的压强，由于与重力加速度g有关，故该实验不能完成；阿基米德原理中的浮力也与重力加速度g有关，故该实验也不能完成；水银温度计测温度利用了液体的热胀冷缩原理，弹簧测力计测拉力与重力无关。故选AD。12．利用传感器和计算机可以研究力的大小变化情况，实验时让某同学从桌子上跳下，自由下落H后双脚触地，他顺势弯曲双腿，他的重心又下降了h。计算机显示该同学受到地面支持力FN随时间变化的图像如图所示。根据图像提供的信息，以下判断正确的是（）A．在0至t2时间内该同学处于失重状态B．在t2至t3时间内该同学处于超重状态C．t3时刻该同学的加速度为零D．在t3至t4时间内该同学的重心继续下降【答案】ABD【解析】A．在0至时间内，该同学受到的支持力小于重力，加速度方向向下，该同学处于失重状态，A正确；B．在至时间内，该同学受到的支持力大于重力，加速度方向向上，该同学处于超重状态，B正确；C．时刻，该同学受到的支持力大于重力，加速度不为0，方向向上，C错误；D．由图可知，在至时间内，地面的支持力逐渐减小，加速度减小，该同学向下做减速运动，该同学的重心继续下降，D正确。故选ABD。13．神舟飞船返回时，3吨重的返回舱下降到距地面10km时，下降速度为200m/s。再减速就靠降落伞了，先是拉出减速伞，16s后返回舱的速度减至80m/s，此时减速伞与返回舱分离。然后拉出主伞，主伞张开后使返回舱的下降速度减至10m/s，此时飞船距地面高度为1m，接着舱内4台缓冲发动机同时点火，给飞船一个向上的反冲力，使飞船的落地速度减为零。将上述各过程视为匀变速直线运动，g=10m/s2.根据以上材料可得（）A．减速伞工作期间返回舱处于失重状态B．主伞工作期间返回舱处于失重状态C．减速伞工作期间返回舱的平均加速度大小为7.5m/s2D．每台缓冲发动机的反冲推力约为返回舱重力的1.5倍【答案】CD【解析】AB．减速伞和主伞工作期间返回舱向下做减速运动，加速度向上，处于超重状态，AB错误；C．根据匀变速直线运动的规律可知故返回舱的平均加速度大小为，C正确；D．缓冲发动机同时点火后，则解得D正确。故选CD。14．我国选手朱雪莹在2020年蹦床世界杯系列赛巴库站女子网上个人决赛中英勇夺冠。若将弹簧床等效为竖直轻弹簧，一运动员在一次蹦床过程中从最低点由静止竖直向上运动的过程中（弹簧始终在弹性限度内），其速度–时间图像如图所示，其中段为曲线，直线与曲线相切于c点，部分关于对称。已知该运动员的质量为45kg，等效弹簧的劲度系数为，取，不计空气阻力，则（）

A．时弹簧处于原长状态B．时运动员到达最高处C．时弹簧的压缩长度为75cmD．0~0.3s内运动员处于失重状态【答案】BC【解析】A．由提图可知，时运动员的速度达到最大，此时运动员受到弹簧的弹力与重力平衡，弹簧并不处在原长状态，A错误；B．由于cd段为直线，说明运动员在时离开弹簧，此时速率为，故即当时运动员到达最高处，B正确；C．由题可知，部分关于对称，故曲线在和的斜率的绝对值相等，运动员的加速度大小相等，即根据牛顿第二定律可知解得C正确；D．内运动员竖直向上做加速运动，加速度向上，运动员处于超重状态，D错误。故选BC。三、解答题15．一名质量为60kg的工人，站在竖直向上运动着的升降机底板上。他看到升降机上挂着一个重物的弹簧测力计的示数为40N，已知该重物的质量为5kg。弹簧测力计的质量忽略不计。（g取）（1）先根据受力情况判断重物的加速度的方向，并指出重物是处于超重状态还是失重状态。，再求出重物的加速度的大小。（2）这时该工人对升降机底板的压力是多大？（3）如果悬挂测力计的悬线突然从A点断开，则此时重物的加速度有何变化？

【答案】（1）向下；失重状态；；（2）480N；（3）重物的加速度立即变为