牛顿运动定律应用之超重与失重模型（讲义）-人教版高中物理必修第一册（原卷版）

1、超重现象和失重现象：

（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.

2、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）从运动的角度判断：当物体加速上升或减速下降时，物体处于超重状态，当物体加速下降或减速

上升时，物体处于失重状态.

温馨提示：超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关，只与加速度的方向有关.

【模型要点】

1、对超重和失重现象的理解

（1）发生超重或失重现象时，物体所受的重力没有变化，只是压力（或拉力）变大或变小了（即“视

重”变大或变小了）.

（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.

（3）物体超重或失重多少由物体的质量/〃和竖直加速度a共同决定，其大小等于/阳.

(4)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

不再受浮力作用、液柱不再产生压强等.

2.结合牛顿运动定律解释超、失重现象

(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)结合牛顿运动定律解释超重、失重现象

特征视重(Q与重力的受力图

加速度运动情况

状态关系

静止或匀r

平衡P=mg

速直线运动

1mg

竖直向

由F—mg=ma得F向上加速

超重上或有竖直\a

=m(g+a)>mg或向下减速中

向上的分量mg

竖直向F

由mg—F=ma得F向下加速

失重下或有竖直a

=m[g—a)<mg或向上减速1

向下的分量

mg

自由落体

完全g

a=gF=0运动、竖直上

失重

抛运动-

3.解决超重和失重问题的步骤：

(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.

【模型演练1】许多商场安装了智能化的自动扶梯，无人乘行时扶梯运转得很慢，乘客站上扶梯时，扶

梯会和乘客一起先慢慢加速一段时间，再匀速运行，如图所示，下列说法正确的是()

A.在加速阶段，乘客对扶梯的压力小于乘客自己的重力

B.在加速阶段，乘客对扶梯的压力大于乘客自己的重力

C.在加速阶段，乘客对扶梯的压力等于乘客自己的重力

D.在加速阶段，乘客对扶梯的压力小于扶梯对乘客的支持力

【模型演练2】起重机吊着货物在竖直方向做直线运动，货物的位移工随时间/变化的关系图像如图所

示，下列说法正确的是（）

A.若货物在。4时间内处于超重状态，则货物一定是向下运动的

B.若货物在。勺时间内处于失重状态，则货物一定是向下运动的

C.在。G时间内，起重机对货物的拉力一定越来越小

D.货物在内~12时间内的平均速度小于44时间内的平均速度

【模型演练3】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，

另一端固定在能沿跳杆上下滑动的踏板上，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

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,该同学速度一直增大

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，跳跳杆刚接触地面时，该同学速度最大

1）.下落全过程中，弹簧形变量最大时，该同学处于超重状态

【模型演练4】2025年大火电影《哪吒之魔童.闹海》中，哪吒驾驭风火轮飞行，如图所示，哪吒（含装

备）在风火轮作用下竖直向上先加速再减速到最高点，然后再水平向右匀加速移动一段距离，空气阻力不能

忽略。下列说法正确的是（）

A.加速上升过程中，哪吒处于失重状态

B.减速上升过程中，哪吒处于超重状态

C.水平移动过程中，风火轮对哪吒作用力斜向右上方

D.水平移动过程中，风火轮对哪吒作用力竖直向上

一、单选题

1.神舟十七号载人飞船返回舱于2024年4月30口在东风着陆场成功着陆，在飞船返回至离地面十几

公里时打开主伞飞船快速减速，返回舱速度大大减小，在减速过程中（）

A.返回舱受到的合力向下B.返回舱处于平衡状态

C.返回舱处于失重状态D.返回舱处于超重状态

2.如图所示，质量为m的人站在体重计上，随电梯以大小为a的加速度加速上升，重力加速度大小为

下列说法正确的是（）

A.人处于失重状态,人对体重计的压力大小为m（g-a））

B.人处于超重状态,人对体重计的压力大小为幅

C.人处于失重状态,人对体重计的压力大小为ma

D.人处于超重状态,人对体重计的压力大小为+G

3.如图所示，一人站在电梯中的体重计上，随电梯一起运动。电梯做匀速直线运动时，体重计的示数

为50kg。在某时刻电梯中的人观察到体重计的示数变为55kg,g取lOm/s?，关于电梯的运动，以下说法正

确的是（）

A.电梯可能向上加速运动,加速度大小为llm/s?

B.电梯可能向卜.减速运动,加速度大小为lm/s2

C.电梯可能向下加速运动,加速度大小为Im/s?

D.电梯可能向下减速运动,加速度大小为IIm/s?

4.某次实验，小明同学站在力传感器上进行起立、下蹲的动作，得到如图所示的力随时间变化的图像,

下列说法能正确反映小明动作的是（）

A.先起立，后下蹲

B.先下婚，后起立

C.先起立，后下蹲,接着起立，再下蹲

D.先下蹲，后起立，接着下蹲，再起立

5.校运会是学校教育活动中的•项重要内容，对促进学生的全面发展具有重要意义。图示为某运动员

跳高时成功越杆的精彩瞬间，该运动员（）

A.在离地后上升过程中处于失重状态B.在最高点时处于平衡状态

C.在开始下降时处于超重状态D.落地时地面对他的支持力大于他对地面的压力

6.小明为了研究超重和失重现象，站在电梯内水平放置的体重计上，小明质量为55kg,旦梯由启动到

停止的过程中，下列说法正确的是（)

甲乙

A.由图甲可知电梯此时一定处于静止状态B.由图乙可知小明此时一定向下加速运动

C.由图乙可知电梯此时一定处于加速上升状态D.由图乙可知电梯此时的加速度约为0.7m/s2

7.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

大小为向，台秤对人的支持力大小为E,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，Q小于G

B.当电梯减速上升时，E小于后

C.回和凡是一对平衡力

D.尸,和死不能求合力

8.2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭成功发射，并

与空间站完成自主对接，对接过程历时约6.5小时。下列说法正确的是（）

A.6.5小时是指时刻

B.在空间站无法用弹簧测力计测量物体重力

C.研究飞船对接时姿势调整，可以将其视为质点

【）.运载火箭刚离开地面的瞬间，速度和加速度大小均为0

9.体育课上某同学做引体向二。他两手握紧单杠，双臂竖直，身体悬垂：接着用力上拉使下颌超过单

杠（身体无摆动）：然后使身体下降，最终悬垂在单杠上。下列说法正确的是（)

A.若增大两手间的距离，最终悬垂时手掌受到单杠的弹力变大

B.若增大两手间的距离，最终悬垂时手掌受到单杠的弹力不变

C.在上升过程中单杠对人的作用力始终大于人的重力

D.在下降过程中单杠对人的作用力始终小于人的重力

10.如图（a）中的塔吊是现代工地必不可少的建筑设备，图（b）为建筑材料被吊车竖直提升过程的运

动图像（竖直向上为正方向），根据图像可知下列判断正确的是（）

图（a）

A.在1030s钢索最容易发生断裂B.30~36s材料处于完全失重状态

C.36~46s材料处于超重状态D.36s时材料离地面的距离最大

11.图甲是某人站在力传感器上做下蹲、起跳动作的示意图.中间的“•”表示人的重心。图乙是根据

力传感器采集到的数据画出的力一时间图像.两图中式g各点均对应，其中有几个点在图甲中没有画出。

根据图像可知（）

♦F/N

040—0.801.205/s

乙

A."点位置对应人处于跳起的最高点B.。点位置对应人处于失重状态

C.b点位置对应人处于下第过程的最低点D.%点位置对应人处于失重状态

12.飞行背包是一种可以让使用者通过穿戴该产品后飞上天空的飞行器。消防员利用飞行背包在某次高

楼火灾观测时，竖直飞行的「［图像如图所示，下列说法正确的是（）

A.消防员上升的最大高度为225nl

B.消防员在2.5〜3.0min内加速度最大

C.消防员在3.5〜4.25min内处于失重状态

D.消防员在2.5〜4.25min,平均速度大小约为6.43m/s

13.2019年11月，在温州翔宇中学举行的浙江省中学生田径锦标赛中，某校高二学生王鑫宇以2米的

成绩获得冠军，如图所示。则下列说法正确的是（不计空气阻力）（）

A.王鑫宇在上升阶段重力变大了

B.王鑫宇在空中跨越过程处于失重状态

C.王鑫宇起跳时地面对他的支持力大于他对地面的压力

D.王鑫宇在助跑过程中，地面对他的支持力大于他对地面的压力

14.近几年，极限运动越来越受到年轻人的喜欢，其中“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。点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面.上的力传感器相

连，传感器示数为1400N。打开扣环，从力点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经8点上升到最高

位置C点，在8点时速度最大。人与装备的总质量为70kg（可视为质点）。不计空气阻力，则二列说法不正

B.在E点,人所受合力为零

C.打开扣环瞬间，人的加速度大小为10m/s2

I）.从1点到〃点上升过程中，人的加速度不断减小

15.某同学用手机的加速度传感器测量了电梯运行过程中的加速度，得到了图甲所示的图线（规定竖直

向上为正方向），为了简化问题研究，将图线简化为图乙所示的图像。已知尸0时电梯处于静止状态，则以

下判断正确的是（）

z轴线性加速度

1.00

0.500

C0.00

1-0.500

W-1.00

-0.50

0.005.0010.015.020.0

时间(s)

图甲图乙

A.£=5s时电梯处于失重状态B.夕9s内甩梯在做减速运动

C.10~15s内电梯在上行D.广6.5s时电梯速度最大

16.北京时间2024年7月27H,巴黎奥运会女子双人三米跳板决赛，陈艺文和昌雅妮夺得金牌，中国

跳水梦之队迎来开门红。运动员站在跳板上下蹲起跳，跳板的形变示意图如图所示，其中A位置为平衡位

置，则运动员处于失重状态的过程是（）

-y

A.由A位置到8位置B.由A位置到。位置

C.由C位置到8位置D.由3位置到C位置

17.如图是一个小球沿竖直方向运动时的频闪照片，由照片可知（）

0

O

O

O

A.小球正在上升B.小球正在做加速运动

C.小球处于失重状态D.小球加速度逐渐增大

18.近几年，极限运动越来越受到年轻人的喜欢，其中“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图

所示是简化模型，弹性轻绳的上端固定在。点，拉长后将卜.端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的

力传感器相连，此时力传感器示数为1200、.打开扣环，从力点由静止释放，体验者像火箭一样被“竖直发

射”，经〃点上升到最高位置。点，在/，点时速度最大。己知人与装备（可视为质点）的总质量为60kg,不

计空气阻力，重力加速度g取lOm/s?，下列说法正确的是（

加环

力传感器

A.打开扣环瞬间，体验者的加速度大小为ZOm/s?

B.从力到8过程，体验者做加速度增大的加速运动

C.在〃点，体验者所受合力最大

D.在。点，体验者处于超重状态

19.奥运冠军全红婵在巴黎奥运会上再次上演“水花消失术”夺冠。在女子10勿跳台的决赛中（下面

研究过程将全红婵视为质点），全红婵竖直向上跳离跳台的速度为5m/s,竖直入水后到速度减为零的运动

时间与空中运动时间相等，假设所受水的阻力恒定，不计空气阻力，全红婵的体重为35kg,重力加速度大

小取g=10m/s2,则（）

A.跳离跳台后上升阶段全红婵处于超重状态B.入水后全红婵处于失重状态

C.全红婵在空中运动的时间为1.5sI）.入水后全红婵受到水的阻力为612.5N

20.如图所示，“蹦极”是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空尸点自由下落，a点是弹性

绳的原长位置，c点是人所到达的最低点，力点是人静止悬吊时的平衡位置，且而＜从。假设弹性绳产生的

弹力与伸长量之间的关系遵循胡克定律，空气阻力不计。人从户点落下运动到。点的过程中，下列说法埼

送的是（）

A.在Pa段，人做自由落体运动B.从a点开始，人做减速运动

C.在A段，人处于超重状态D.在。点，人的速度为0

21.春风和煦，义乌市民广场上有许多人在放风筝，会放风筝的人，可使风筝静止在空中。乙图是甲图

的情境模型，。代表风筝线，业V代表风筝截面，截面与水平面夹角〃保持不变。假设风向水平，风速稳定,

保持筝线拉力大小保持不变，则下列同学的判断正确的是（）

甲乙

A.若持线人在地上向左移动些许，风筝将呈现失重状态

B.若持线人在地上向右移动些许，风筝高度将下降

C.图示情境下，风筝不可能静止在空中

D.图示情境卜，风筝受到四个力的作用

22.如图所示，一个质品为3々的箱子放在台秤的杆番匕箱内有一质最为m的圆环A,A的上端用轻弹

簧与箱子的顶部连接，A的下端压细线系在箱子的底部，细线绷紧，拉力大小为侬，整个系统处F静止状

态。现将细线剪断，不计空气阻力，下列说法正确的是（）

A

A.剪断细线前，台秤读数为3侬

B.剪断细线的瞬间，台砰读数不变

C.剪断细线后，圆环A向上运动至最高点的过程中，台秤读数将一直增大

D.剪断细线后，圆环A向上运动至最高点的过程中，圆环A将先超重后失重

23.东京奥运会已经结束，但中国运动健儿们的背影却使人不能忘却。他们雄姿英发的背影，展现着青

春的活力，他们在赛场上的拼搏与努力，使中国赢得了一块乂一块的金牌，打破了一项乂一项的记录，他

们彰显了中国精•神！跳台跳水可简化为如下的运动过程，运动员从跳台上斜向上跳起，一段时间后落入水

中，如图所示。不计空气阻力，下列说法正确的是（）

A.运动员在空中上升过程中处于超重状态

B.运动员在空中上升过程中处于失重状态

C.运动员在空中运动到最高点时加速度为0

D.入水过程中，水对运动员的作用力大于运动员对水的作用力

二、多选题

24.如图所示，电梯的顶部挂有一个弹簧测力计，其下端挂了一个重物，电梯匀速直线运动时测力计的

示数为10N。在某时刻测力计的示数变为8N,关于电梯的运动，下列说法正确的是（g取lOm/s?）（）

A.电梯可能向上加速运动，加速度大小为4m«2

B.电梯可能向下加速运动，加速度大小为2mg

C.电梯可能向上减速运动，加速度大小为2m/s2

I）.电梯可能向下减速运动，加速度大小为2m/s2

25.2024年3月25日国际体联蹦床世界杯科特布斯站比赛，中国蹦床队夺得3金2银的优异成绩。若

一位蹦床运动员仅在竖直方向上运动，蹦床对运动员的弹力/随时间£的变化规律通过传感器用计算机绘

制出来如图所示。运动过程中不计空气阻力，N取lows?,下列说法正确的是（）

B.运动员在6~6.6s内处于超重状态

C.运动员在0〜12s内的最大加速度大小为30m/s2

D.运动员在6.8〜8.4s内离开蹦床运动的路程为3.2m

26.纵跳是体育运动的基本动作之一，可以分为原地纵跳和助跑纵跳。如图甲所示，人光脚在原地纵跳

时，快速下蹲后立即蹬伸，在起跳过程中，人受到地面的支持力随时间变化的关系图像如图乙所示，下列

说法正确的是（

甲

A.地面对人的支持力是由于地面发生微小形变引起的

B.人能够原地纵跳是由于地面对人的支持力大于人对地面的压力

C.在C点人士到最人•速度

D.曲线上的力点表示人下蹲至最低点

27.“神舟十三号”飞船采用“快速返回技术”。在距离地面1m处时，反推发动机点火，返回舱速度由

6iWs减至2m/s软着陆，此阶段的运动可看作匀减速直线运动。则此阶段（）

A.航天员处于超重状态B.航天员处于失重状态

C.航天员的加速度大小为16m/s2D,返回舱运动的时间为0.5s

28.如图甲所示是创造了中国载人深潜新纪录的“奋斗者号”潜水器，当前“奋斗者号”完成下潜任务

后，要沿竖直方向上浮返回水面，其上浮的u-r图像如图乙所示。已知“奋斗者号”在。~0.5h内的总质量

为阳，下潜时通过吸入或排出海人改变自身总重，但艇身体积不变，且海水密度均匀，则下列说法正确的

是（）

B.2.5~3.0h内，“奋斗者号”的加速度大小为2m*

C.0.5~2.5h内，“奋斗者号”的总质量大于加

D.0〜3.0h内，“奋斗.者号”上浮的深度为5400m

29.人站在力传感器上完成下蹲和站起动作，传感器记录的力随时间变化图像（户t图像）如图所示,

A.人的体重为50kg

B.人在下蹲过程中，力的示数先变小后变大

C.人在站起过程中，先失重后超重

D.人在8s内完成了两次下蹲和两次站起动作

30.如图甲，轻弹簧上端固定在升降机顶部，下端悬挂重为G的小球，小球随升降机在竖直方向上运

动.时，升降机突然停止，其后小球所受弹簧的弹力〃随时间-变化的图象如图乙，取尸竖直向上为正,

以下判断正确的是

A.升降机停止前一定向上运动

B.0~2/。时间内，小球先处于失重状态，后处于超重状态

C.八~3/。时间内，小球向下运动，在63/（）两时刻加速度把同

D.3/。~，时间内.弹.簧弹力做的功大于小球动能的变化

31.一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示，以竖直向上为a的正

方向，则下列说法中正确的是（)

A.t=2s时人对地板的压力最大B.Q5s时人对地板的压力为0

C.45s时人对地板的压力最大D.?=8.5s时人对地板的压力最小

32.如图，某一处于松弛状态的弹性绳,上端拴在。点，下端拴一重物，从。点正下方的,4点开始自由

下落，至图中4点时的弹性绳正好完全伸直且没有弹力，〃点是重物所能到达的最低点且到达9点时未超过

弹性绳的弹性限度，。点时重物静止悬吊时的平衡位置,不计空气阻力，则重物在从4点下落的过程中（）

A.在A?段做自由落体运动，处于完全失重状态

B.a,段绳的拉力在增大，重物先失重再超重

C.切段绳的拉力大于重物的重力，重物处于超重状态

D.〃点时重物的速度为零，处于平衡状态

33.如图所示，蹦床运动员从空中落到床面上，运动员从接触床面下降到最低点为第一过程，从最低点

上升到离开床面为