4.6超重和失重2023-2024学年高一物理 （ 人教版2019必修第一册）（原卷版） .docx

1、4.6 超重、失重学习目标课程标准学习目标1知道常用的测量重力的方法。2了解超重和失重的含义，认识超重和失重现象。3能运用牛顿运动定律分析求解超重、失重问题。1、通过体验或者实验，认识超重和失重现象。2、通过在电梯里观察体重计示数或其他方式发现超重和失重现象产生的条件，并应用牛顿运动定律分析超重和失重现象发生的动力学原因，理解超重和失重现象的本质，培养学生从实际情境中捕捉信息、发现问题并提出问题的能力。3、通过查阅资料、分享和交流，了解超重和失重现象在各个领域中的应用，解释生活中的超重和失重现象，培养学生用科学知识解释生活现象的能力，激发学生的学习热情和兴趣，形成良好的科学态度与责任。02预习

2、导学（一） 课前研读课本，梳理基础知识：一、重力的测量方法一：先测量物体做自由落体运动的 ，再用 测量物体的质量，利用牛顿第二定律得： 。方法二：利用力的 对重力进行测量。将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于 状态，这时测力计的示数反映了物体所受的 。二、超重和失重1视重：体重计的 称为视重，反映了人对体重计的 。2失重(1)定义：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。(2)产生条件：物体具有 (选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度。3超重(1)定义：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。(2)产生条件：物体具有 (选填“竖直向上”或“竖直向

3、下”)的加速度。4完全失重(1)定义：物体对支持物(或悬挂物) 没有作用力的状态。(2)产生条件：ag，方向 。（二） 即时练习：【小试牛刀1】在身体素质测试“原地纵跳摸高”项目中，某同学按要求所做的四个动作过程如图所示，其中人处于超重状态的过程是 ( ) 【小试牛刀2】有一种大型娱乐器械可以让人体验超重和失重，其环形座舱套在竖直柱子上(如图所示)，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落。落到一定位置时，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列说法正确的是 ( )A.座舱自由下落的过程中人处于超重状态B.座舱自由下落的过程中人处于失重状态C.座舱减速下落的过程中人处于失重状态

4、D.座舱下落的整个过程中人处于失重状态 【小试牛刀3】“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。某人做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图所示。将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，重力加速度为g。据图可知，此人在蹦极过程中最大的加速度约为 ( )A.gB.2gC.3gD.4g 03探究提升【问题探究1】对超重、失重现象的理解1.实重和视重(1)实重：物体实际所受的重力，它与物体的运动状态无关.(2)视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不等于物体的重力.此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重.2.超

5、重(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：物体具有向上的加速度.3.失重(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：物体具有向下的加速度.4.完全失重(1)定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的现象称为完全失重现象.(2)产生条件：物体的加速度ag，方向竖直向下.【典型例题1】图示为宁波方特游乐园中的一个游乐项目“大摆锤”，该项目会让游客体会到超重与失重带来的刺激。以下关于该项目的说法正确的是（）A当摆锤摆动到最高点时，游客会体会到明显的超重B当摆锤摆动到最低点时，游客会体会到明显的失重C当

6、摆锤摆动到最低点时，游客会体会到明显的超重D当摆锤摆动到最低点时，游客可能会体会到完全失重 【典型例题2】某海洋馆中的“海豚顶球”节目因其互动性强而深受小朋友们的喜爱。如图所示为一海豚把球顶向空中，并等其落下。下列说法正确的是（） A球在最高点时受到重力和海豚对它的顶力作用B球在最高点时速度和加速度都为零C球在上升过程中处于超重状态D球在下落过程中处于失重状态 【对点训练1】如图所示姚明正在扣篮，其跳起过程可分为下蹲、蹬地、离地上升、下落四个过程，忽略空气阻力，下列关于蹬地和离地上升两个过程的说法中正确的是（设蹬地的力为恒力）（） A前过程为超重，后过程为完全失重B两过程中姚明都处在失重状态C

7、前过程为超重，后过程不超重也不失重D两过程中姚明都处在超重状态 【对点训练2】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，航天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，航天员处于超重状态B火箭加速上升时，航天员对座椅的压力小于自身重力C在飞船绕地球运行时，航天员处于完全失重状态，则航天员的重力消失了D飞船落地前减速下落时，航天员处于失重状态 【问题探究2】利用牛顿第二定律解决超重和失重问题(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

8、于超重状态；小于重力时，物体处于失重状态；等于零时，物体处于完全失重状态.(2)从加速度的角度判断当物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；具有向下的加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度等于重力加速度时，物体处于完全失重状态.特征状态加速度视重(F)与重力关系运动情况受力示意图平衡a0Fmg静止或匀速直线运动超重向上由Fmgma得Fm(ga)mg向上加速或向下减速失重向下由mgFma得Fm(ga)mg向下加速或向上减速完全失重ag由mgFma得F0自由落体运动，抛体运动总结：(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

9、)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m和竖直加速度a共同决定，其大小等于ma.(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.【典型例题3】小杰利用手机phyphox，软件绘制了电梯从一楼上升到七楼过程中的速度时间图像，如图甲所示，为简化问题，将图线简化为图乙，已知t0时电梯处于静止状态，由图乙可知（）A在此过程中电梯上升的高度约为15mB28-30s内电梯处于超重状态C10-11s内电梯的加速度大小约为0.56D10-30s内电梯的平均速度大小为0.75

10、m/s 【典型例题4】目前大部分手机都内置了加速度传感器，某同学在电梯内利用手机测量电梯运行时的加速度，得到图1所示的图线，经计算机处理后将图线简化为图2所示的图像。已知该同学的质量为60kg，时电梯处于静止状态，规定竖直向上为正方向，则下列说法正确的是（）（）A时电梯开始向下运动B49s内该同学先处于超重状态，后处于失重状态C整个过程中，电梯的最大速度大小约为2.5m/sD整个过程中，该同学受到的最大支持力为630N【对点训练3】某电梯运动时可简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t=0时由静止开始上升，其加速度a与时间t的关系如图所示。下列相关说法正确的是 ( )A.t=6 s时，电梯处于失

11、重状态B.753 s时间内，绳索拉力最小C.t=59 s时，电梯处于超重状态D.t=60 s时，电梯速度恰好为0 【对点训练4】一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重状态。一个可乘坐二十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由落下。落到一定位置时，制动系统启动，到地面时刚好停下。已知座舱开始下落时的高度为76m，当落到离地面28m的位置时开始制动，座舱做匀减速运动。若座舱中某人的质量为50kg的人，当座舱落到离地面50m的位置时，人对座舱的压力是多少？当座舱落到离地面15m的位置时，人对座舱的压力是多少？【问题探究3】与F-t图像问题【典型例题5】图甲是莱芜一

12、中尚清华同学站在接有力传感器的板上做下蹲、起跳动作的示意图，图中的O点表示他的重心。图乙是传感器所受压力随时间变化的图像，图像上a、b两点的纵坐标分别为900N和300N，重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力。根据图像分析可知（）A尚清华的重力可由b点读出，为300NB尚清华在b到c的过程中先处于超重状态再处于失重状态C尚清华在双脚与板不接触的过程中处于完全失重状态D尚清华在b点对应时刻的加速度大于在c点对应时刻的加速度【典型例题6】小红和小明用体重计研究人在观光升降电梯中的超重和失重现象。在升降电梯内的地板上放一体重计，电梯静止时小红站在体重计上。在升降电梯运动过程中，小明观察到体重计的

13、示数随时间变化的图像如图所示。已知升降电梯从时经历了三个阶段：由静止开始匀加速运动、匀速运动和匀减速运动，在时停止，。下列说法正确的是（）A小红在内重力增加了，小红处于超重状态B升降电梯在小明观察的这段时间内向下运动C小红在内匀速运动的速度为D小红在内位移为22m【对点训练5】人在地面上静止站立时，受到的支持力等于人的重力做原地纵跳时，在快速下蹲后立即蹬伸的过程中，人受到的地面支持力会发生变化(如图所示，G为重力，F为支持力)下列图线能正确反映从下蹲开始到离地过程中地面支持力变化的是() 【对点训练6】（多选）如图甲，某同学站在压力传感器上完成下蹲和起立的动作，用计算机采集到的压力传感器读数F

14、随时间t变化的图像如图乙，下列说法正确的是（）A该同学重力约为500NB下蹲过程中该同学始终处于失重状态C该同学完成了一次下蹲再起立的动作D起立过程中该同学对传感器的压力小于传感器对该同学的支持力 04体系构建 课堂小结 05记忆清单(1)发生超重或失重现象时,物体的重力没有变化,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)变大或变小了(即视重变大或变小了).(2)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:天平不能使用、浸在水中的物体不再受浮力作用、液柱不再产生压强等。(3)只要物体有向上或向下的加速度,物体就处于超重或失重状态,与物体的速度方向无关。(4)即使物体的加速度不

15、沿竖直方向,只要加速度具有竖直向上的分量物体就处于超重状态;同理,只要加速度具有竖直向下的分量,物体就处于失重状态。0601强化训练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 2.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G B当电梯减速上升时，F1小于F2CF1和F2是一对平衡力 D

16、F1和F2不能求合力 3.如图所示，鱼儿摆尾击水跃出水面，吞食荷花花瓣的过程中，下列说法正确的是（）A鱼儿吞食花瓣时鱼儿受力平衡B鱼儿摆尾出水时浮力大于重力C鱼儿摆尾击水时受到水的作用力大小等于它对水的作用力的大小D研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作可把鱼儿视为质点4.如图所示，在“天宫课堂”中，航天员王亚平将乒乓球完全浸没在水中，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引力为零5.2019年亚洲举重锦标赛暨东京奥运会举重项目资格赛在宁波举行，来自28个国家和地区的278位运动员参赛，创下了历届

17、亚洲举重锦标赛之最。如图所示，举重运动员成功把196公斤杠铃举过头顶保持静止，关于这个状态下列说法正确的是（）A运动员此时处于超重状态B运动员受到杠铃对他的压力就是杠铃的重力C运动员受到地面的支持力是由于地面形变而产生的D运动员对杠铃的支持力与运动员对地面的压力是一对作用力与反作用力6潜艇从海水高密度区域驶入低密度区域，浮力顿减，称之为“掉深”。如图甲所示，某潜艇在高密度海水区域沿水平方向缓慢航行。时，该潜艇“掉深”，随后采取措施成功脱险，在时间内潜艇竖直方向的图像如图乙所示（设竖直向下为正方向）。不计水的粘滞阻力，则（）A潜艇在“掉深”时的加速度为 B潜艇回到初始高度C潜艇竖直向下的最大位移

18、为 D潜艇在时间内处于超重状态7.（多选）如图所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，降落伞未打开时不计空气阻力。下列说法正确的是（）A在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力不为零B在降落伞未打开的下降过程中，A相对B是静止的C在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力D在降落伞打开后减速下降过程中，A、B均处于超重状态8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（图）如图所示，则（）A下蹲过程中最大加速度为6m/s2B人在下蹲过程中，力的示数先变大，后变小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92

19、019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，地面对他的支持力做正功10.蹦极是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空p点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止悬吊时的位置，人在从p点下落到最低点c点的过程中，下列说法错误的是（）A在pa段做自由落体运动，处于完全失重状态B在ac段绳的拉力先小于人的重力后大于人的重力，速度先

20、增大后减小，加速度先减小后增大C在b点速度最大，加速度为零D在c点，速度为零，处于平衡状态11.如图所示，小车位于水平面上，其上顶板装有压力传感器。车内弹簧处于竖直，弹簧上端把一个物块压在压力传感器上。小车以加速度a向右做匀加速运动，小物块恰好不相对压力传感器滑动，此时压力传感器的示数为。一段时间后，小车沿水平方向从水平面上飞出，落地前压力传感器的示数为，该过程弹簧一直处于竖直。忽略空气阻力，重力加速度为g，则小物块与压力传感器间的动摩擦因数为（）ABCD122021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，航天员在

21、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，航天员处于超重状态B火箭加速上升时，航天员对座椅的压力小于自身重力C在飞船绕地球运行时，航天员处于完全失重状态，则航天员的重力消失了D飞船落地前减速下落时，航天员处于失重状态13.（多选）如图是某同学站在压力传感器上做下蹲-起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线，纵坐标为压力，横坐标为时间。由图线可知，该同学的体重约为，除此以外，还可以得到以下信息（）A时人处在下蹲的最低点B时人处于下蹲静止状态C下蹲过程中人处于先失重后超重的状态D内该同学做了2次下蹲-起立的动作14如图是航天飞船返回验返回地面的示

22、意图，其过程可简化为：打开降落伞一段时间后，整个装置匀速下降，距地面一定高度时，点燃返回舱的缓冲火箭，返回开始减速下降运动，落地速度恰返好为零，返回能安全着陆，则（）A返回舱在喷气过程中处于平衡状态B返回舱匀速运动过程中处于失重状态C火箭点燃后伞绳对返回舱的拉力不变D火箭开始喷气瞬间返回舱获得向上的加速度15.将一台悬挂式测力计放在电梯中，并在测力计上挂上一重物，当电梯平稳运行时，测力计的示数为1N；从某时刻起，发现测力计的示数稳定在1.2N，取g10m/s2，则（）A物体的质量变为0.12gB电梯可能正在以2m/s2的加速度加速上升C电梯可能正在以2m/s2的加速度加速下降D电梯已经停在顶楼

23、16在蹦床运动过程中，用力传感器测出弹簧床对运动员的弹力F，下图是绘制的F随时间t的变化图像，不计空气阻力，重力加速度g=10m/s2，则下列说法正确的是（）A运动员的质量为40kgB运动员在3.6s4.8s内处于超重状态C运动员的最大加速度大小为50m/s2D运动员离开蹦床上升的最大高度为3.2m17在某次无人机操控比赛中，一名选手操纵无人机沿竖直方向运动，无人机的图像如图所示，取竖直向上为正方向，对无人机的运动过程，下列说法正确的是（）A00.5s内的加速度大于0.5s1.0s内的加速度B0.5s1.0s内的加速度方向发生变化C0.5s时距离地面的高度最大D1.5s2.0s内无人机处于超重

24、状态18图甲为一弹簧高跷的结构简图。当人抓住扶手用力蹬踏板压缩弹簧后，人就被向上弹起，进而带动高跷跳跃，如图乙所示。则下列说法正确的是（）A人向上弹起的过程中，一直处于超重状态B人向上弹起的过程中，踏板对人的作用力大于人对踏板的作用力C弹簧压缩到最短时，高跷对人的作用力大于人受到的重力D弹簧压缩到最短时，高跷对人的作用力小于人受到的重力19某同学在地面上用体重计称得体重为490N。他将体重计移至电梯内称其体重，至时间段内，体重计的示数如图甲所示，电梯运行的v-t图像可能是下图中的哪一个？（取电梯向下运动的方向为正）（）ABCD20某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做

25、实验，在电梯天花板上固定一个力传感器，测量挂钩向下，并在挂钩上悬挂一个重为10N的钩码，在电梯运动过程中，计算机显示屏上显示出如图所示图象，以下根据图象分析所得结论错误的是（）A该图象显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况B从时刻t1到t2，钩码处于失重状态，从时刻t3到t4，钩码处于超重状态C电梯可能先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后静止D电梯可能先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后静止21.用速度传感器测量一质量为m的物体在竖直方向的速度，一段时间内与传感器连接的电脑显示v-t图像如图所示，已知速度向上为正，则下列正确的是（）At1时刻物体处于失重状态Bt2时刻物体

26、处于失重状态Ct1时刻物体所受重力大于mgDt2时刻物体的加速度竖直向上22.为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅始终保持水平，如图所示。当此车减速上坡时，则乘客（仅考虑乘客与水平面之间的作用）（）A处于超重状态 B不受摩擦力的作用C受到向后（水平向左）的摩擦力作用 D所受合力方向竖直向上23.近年来天津市试点为老旧小区加装垂直电梯，如图甲，取竖直向上方向为正方向，某人某次乘电梯时的速度和时间图像如图乙所示，以下说法正确的是（）A4s时电梯停止在某一层楼B1-3s，此人处于超重状态，重力变大C5-7s，此人处于失重状态，支持力小

27、于重力D电梯先做匀加速直线运动，再做匀减速直线运动24.太空探索已成为众多青年才俊的志向，很多年轻人都立志做一名遨游太空的宇航员。但要成为一名宇航员，需具备一定的耐受力能力。在飞船加速过程中，宇航员处于超重状态。人们把这种状态下宇航员对座椅的压力FN与静止在地球表面时所受重力mg的比值，称为耐受力值，用k表示。在选拔宇航员时，要求其耐受力值为4k12。若某次宇宙飞船执行任务过程中，在飞船起飞阶段宇航员的耐受力值k1=4.2，而重返大气层阶段飞船以a2=5.2m/s2的加速度竖直向下减速运动。设宇航员质量m=75kg，求：（g取10m/s2）（1）飞船起飞阶段加速度a1的大小；（2）返回大气层时宇航员的耐受力值k2。