新人教版高中物理必修第一冊學(xué)案：第6節(jié)超重和失重

第6節(jié)超重和失重

物理觀念科學(xué)思維科學(xué)態(tài)度與責任

觀察體會生活中的

1.知道重力測量的兩種方法。

核心素通過實驗會分析超、失重現(xiàn)象，會用

2.認識超重、失重現(xiàn)象，會根

養(yǎng)超重、失重現(xiàn)象產(chǎn)物理知識分析生產(chǎn)、

據(jù)產(chǎn)生條件判斷超重、失重現(xiàn)

生的原因。生活中的超重、失重

象。

現(xiàn)象。

課前學(xué)習預(yù)習基礎(chǔ)知識

知識點一重力的測量

方法一：先測量物體做自由落體運動的加速度日再用天平測量物體的質(zhì)量,

利用牛頓第二定律可得G=mg0

方法二：利用力的平衡條件對重力進行測量。

知識點二超重和失重

［觀圖助學(xué)］

|快了.我輕r斤)—

人站在體重計上，一起隨電梯向上運電梯加速下降,體重計的

動.體重計的示數(shù)等于人的體重嗎？示數(shù)為什么會減少？

1.視重：人站在體重計上時，體重計的云數(shù)稱為視重。

2.超重現(xiàn)象

(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大王物體所受重力的現(xiàn)象。

(2)產(chǎn)生條件：物體具有豎直向上的加速度。

3.失重現(xiàn)象

(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小王物體所受重力的現(xiàn)象。

(2)產(chǎn)生條件：物體具有豎直向下的加速度。

4.完全失重狀態(tài)

(1)定義：物體對支持物(或懸掛物)完全沒有作用力的現(xiàn)象。

物體的重力始終存在，大小沒有變化。

(2)產(chǎn)生條件：a=g_,方向豎直向下。

［思考判斷］

(1)超重就是物體受到的重力增加了。(X)

(2)完全失重就是物體不受重力了。(X)

(3)超重和失重可根據(jù)物體速度方向判定。(X)

(4)超重和失重可根據(jù)物體的加速度方向判定。(J),

M想一想

由重力作用效果決定工作原理的儀器，如天平、單擺、水銀氣壓計、密度計、

連通器等，在完全失重的狀態(tài)下還能使用嗎？

M實例

“神舟十號”航天員太空授課，飛船內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài)。

核心探究突破核心要點

核心要點O對超重和失重現(xiàn)象的理解

［觀察探究］

人站在體重計上靜止時，體重計的示數(shù)就顯示了人的體重。人從站立狀態(tài)到完

全蹲下，體重計的示數(shù)如何變化？為什么會發(fā)生這樣的變化？

「答案］人在下蹲的過程中，重心下移，即向下做先加速后減速的運動，加速

度的方向先向下后向上，所以人先處于失重狀態(tài)再處于超重狀態(tài)，最后處于平

衡狀態(tài)，體重計的示數(shù)先減小后增大，最后等于重力G。

［探究歸納］

1.超重現(xiàn)象

(1)產(chǎn)生條件：物體具有向上的加速度。

(2)運動形式：向上加速運動或向下減速運動。

2.失重現(xiàn)象

(1)產(chǎn)生條件：物體具有向下的加速度。

(2)運動形式：向上減速運動或向下加速運動。

3.完全失重狀態(tài)

(1)產(chǎn)生條件：物體具有豎直向下的加速度。

(2)運動形式：向上減速或向下加速，且a=g。

在不計空氣阻力的條件下，做自由落體運動和豎直上拋運動的物體，處于完全

失重狀態(tài)。

4.對超重、失重的“三點”理解

⑴物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與物體的運動方向無

關(guān)。

(2)發(fā)生超重和失重時，物體所受的重力并沒有變化。

⑶在完全失重狀態(tài)下，由重力引起的現(xiàn)象將消失。例如：液體的壓強、浮力將

為零，水銀壓強計、天平將無法使用；擺鐘停擺；彈簧測力計不能測重力等。

［試題案例］

［例1］(多選)下列有關(guān)超重與失重的說法正確的是()

A.體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時處于失重狀態(tài)

B.蹦床運動員在空中上升和下落過程中都處于失重狀態(tài)

C.舉重運動員在舉起杠鈴后不動的那段時間內(nèi)處于超重狀態(tài)

D.不論是超重、失重或是完全失重，物體所受的重力都沒有發(fā)生改變

［解析］體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時單杠對他的拉力等于運動員

的重力，運動員既不處于超重狀態(tài)也不處于失重狀態(tài)，A錯誤；蹦床運動員在

空中上升和下落過程中只受重力，加速度大小等于當?shù)氐闹亓铀俣?，方向豎

直向下，即處于失重狀態(tài)，B正確；舉重運動員在舉起杠鈴后不動的那段時間

內(nèi)地面對他和杠鈴的支持力等于他和杠鈴的重力，運動員和杠鈴既不處于超重

狀態(tài)也不處于失重狀態(tài)，C錯誤；不論是超重、失重或是完全失重，物體所受

的重力都沒有發(fā)生改變，D正確。

［答案］BD

溫馨提示（1）無論超重、失重、完全失重，變化的只是視重，實際重力不變。

（2）決定超重還是失重的是加速度的方向，與速度方向無關(guān)。

［例2］在升降電梯內(nèi)的地面上放一體重計，電梯靜止時，曉敏同學(xué)站在體重計

上，體重計示數(shù)為50kg。電梯運動過程中，某一段時間內(nèi)曉敏同學(xué)發(fā)現(xiàn)體重計

示數(shù)如圖所示，則在這段時間內(nèi)（）

A.曉敏同學(xué)所受的重力變小了

B.曉敏同學(xué)對體重計的壓力小于體重計對曉敏的支持力

C.電梯一定在豎直向下運動

D.電梯的加速度大小為冬方向一定豎直向下

［解析］在這段時間內(nèi)曉敏處于失重狀態(tài)，體重計示數(shù)變小，是由于曉敏對體

重計的壓力變小了，而她的重力沒有改變，A錯誤；曉敏對體重計的壓力與體

重計對曉敏的支持力是一對作用力與反作用力，大小一定相等，B錯誤；以豎

直向下為正方向，有mg—F=ma,即50g—40g=50。，解得a=號，加速度方向

豎直向下，但運動方向可能是豎直向上，也可能是豎直向下，C錯誤，D正

確。

［答案］D

規(guī)律總結(jié)超重、失重和運動狀態(tài)的關(guān)系

方法口訣：超重與失重，全由a的方向定，

向上為超重，向下為失重。

［針對訓(xùn)練1］應(yīng)用物理知識分析生活中的常見現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習更加有趣

和深入。例如平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運動，直至將物體拋

出。對此現(xiàn)象分析正確的是（）

A.手托物體向上運動的過程中，物體始終處于超重狀態(tài)

B.手托物體向上運動的過程中，物體始終處于失重狀態(tài)

C.在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度

D.在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度

［解析］物體由靜止開始向上運動時，物體和手掌先一起向上加速，物體處于

超重狀態(tài)，之后在物體和手掌分離前，向上減速，物體處于失重狀態(tài)，故A、B

均錯誤；當物體和手分離時，二者速度相同，又因均做減速運動，故分離條件

為

a半粉，分離瞬間物體的加速度等于重力加速度，而手的加速度大于重力加速

度，選項D正確，C錯誤。

［答案］D

核心要點0根據(jù)超重、失重現(xiàn)象判斷物體的運動情況或受力情況

［要點歸納］

超重、失重的比較

特征視重（用與

狀態(tài)、\加速度運動情況受力圖

重力的關(guān)系

靜止或勻速直線

平衡4=0F=mg

運動

mg

向上加速或向下

超重向上F=m(g+。)>mg

減速二

mg

向下加速或向上

失重向下F=m(g-a)<mg

減速二

mg

拋體運動、自由

完全

向下a=gF=Q落體運動、衛(wèi)星

失重

的運動等

［試題案例］

［例3］如圖所示，一人站在電梯中的體重計上，隨電梯一起運動。下列各種情

A.電梯勻減速上升，加速度的大小為1.0m/s2

B.電梯勻加速上升，加速度的大小為l.OmH

C.電梯勻減速下降，加速度的大小為0.5m/s2

D.電梯勻加速下降，加速度的大小為0.5m/s2

［解析］選項A,電梯勻減速上升，加速度向下，由牛頓第二定律有mg—F\=

ma\,解得吊=〃?（g—ai）；選項B,電梯勻加速上升，加速度向上，由牛頓第二

定律有尸2—，移=加。2，解得尸2=機（g+勿）；選項C,電梯勻減速下降，加速度向

上，由牛頓第二定律有/3一加8=機的，解得尸3=機缶+”3）；選項D,電梯勻加速

下降，加速度向下，由牛頓第二定律有mg—F4=ma4,解得F4=m（g—a4）o由

題意知，0="2=1。m/s2,43=。4=0.5m/s?,故F2最大，選項B正確。

「答案］B

［例4］放在電梯地板上的一個木箱，被一根處于伸長狀態(tài)的水平彈簧拉著，處

于靜止狀態(tài)（如圖所示），某時刻發(fā)現(xiàn)木箱突然被彈簧拉動，據(jù)此可判斷出電梯

的運動情況可能是（）

A.勻速上升B.加速上升

C.減速上升D.減速下降

［解析］木箱突然被拉動，表明木箱所受摩擦力變小了，即木箱與地板之間的

彈力變小了，重力大于彈力，木箱所受合力向下，處于失重狀態(tài)，選項C正

確。

［答案］C

方法技巧判斷超重和失重的方法

當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處

從受力的角度判斷于超重狀態(tài)；小于重力時，物體處于失重狀態(tài)；等于零

時，物體處于完全失重狀態(tài)

當物體具有向上的加速度時，物體處于超重狀態(tài)；具有

從加速度的角度判斷向下的加速度時，物體處于失重狀態(tài)；向下的加速度。

=g時，物體處于完全失重狀態(tài)

①物體向上加速或向下減速時，超重

從速度變化的角度判斷

②物體向下加速或向上減速時，失重

［針對訓(xùn)練2］在電梯中，把一重物置于臺秤上，臺秤與力傳感器相連，當電梯

從靜止起加速上升，然后又勻速運動一段時間，最后停止運動時，傳感器的熒

屏上顯示出其受的壓力與時間的關(guān)系圖像如圖所示。試由此圖回答問題：

(g取10m/s2)

(1)該物體的重力是多少？電梯在超重和失重時物體的重力是否變化?

(2)求出電梯在超重和失重時的最大加速度分別是多大？

［解析］(1)根據(jù)題意知，在4?18s時間內(nèi)，物體隨電梯一起勻速運動，由平衡

條件及牛頓第三定律知：

臺秤受的壓力和物體的重力相等，即G=30N；

根據(jù)超重和失重的本質(zhì)知物體的重力不變

(2)超重時：臺秤對物體的支持力最大為50N,

由牛頓第二定律得勾=方=2。型m/s2^6.67m/s2,方向豎直向上。

失重時：臺秤對物體的支持力最小為10N,

由牛頓第二定律得型/m/s2^6.67m/s2,方向豎直向下。

［答案］(1)30N不變(2)6.67m/s2方向豎直向上6.67m/s2方向豎直向下

核心素養(yǎng)提升思維能力

科學(xué)態(tài)度與責任宇航員的太空生活

由于人在太空中處于完全失重狀態(tài)，生活環(huán)境與地球表面的生活環(huán)境迥然不

同，因此，在太空中的衣、食、住、行與地面不同，會帶來許多驚險和奇趣。

一、住——密封座艙

密封座艙是載人航天器上最基本的也是最根本的生命設(shè)施。太空中的強輻射就

像原子彈爆炸時所產(chǎn)生的輻射一樣，破壞人體的細胞組織；高速飛行的微流星

體撞擊，能置人于死地；人體暴露在高度真空中，不僅僅是缺氧窒息的問題，

還可能導(dǎo)致體液沸騰而迅速死亡。密封座艙的艙壁，可以防止輻射和微流星體

對人的傷害，座艙中的空氣可以使人不受真空的傷害。

二、吃——太空食品

在航天器的密封座艙中進食既有情趣，又有危險?？砂咽澄锖惋嬃蠎以诳罩?，

用嘴一口一口咬或吸食，而雙手仍然可以做其他事情。但食物碎渣會到處飄

飛，迷眼鉆鼻，還會損壞儀器設(shè)備。因此，在早期的航天活動中，將食物做成

糊狀，裝在軟管中，食用時，像擠牙膏一樣往嘴里擠。現(xiàn)在的航天食物和進食

方法已與地面上差不多了。食物稍帶黏性，可以黏在盤子中不飛走，而盤子可

以固定在餐桌上。

三'睡

在航天器的密封座艙中睡覺特別方便，不管什么姿勢，不管什么地方，都可以

睡。但是，為了安全，應(yīng)該鉆進睡袋中，并將睡袋固定住，不然，睡袋到處飄

飛，最后每個人都會擠到通風口，而當航天器加速或減速時，可能會被艙壁和

儀器設(shè)備碰傷。還要帶上眼罩和耳罩，以免快速交替的日夜節(jié)奏和儀器設(shè)備發(fā)

出的聲音影響睡眠。手臂要放進睡袋中，以免被卷進機器或碰著儀器設(shè)備的開

關(guān)，在太空失重環(huán)境中，頭和四肢有與軀體分離的感覺。

四、衣——艙外活動航天服

艙外活動航天服不僅應(yīng)具備密封座艙的全部功能，而且還要增加太空行走和通

信設(shè)備，那就是航天服背部的噴氣背包和通信背包。噴氣背包可以向上、下、

左、右、前、后六個方向噴氣，航天員靠噴氣的反作用力移動。在太空中，真

空條件下不能傳播聲音，近在咫尺也要靠通訊背包通信。

五'行

在航天器的密封座艙中行走非常省力和方便，只要用軀體的任何部位碰一下任

何物體，反作用力就可把人推到任何位置上。用四肢劃動空氣，反作用力也會

使人前進。

［針對訓(xùn)練1］（多選）如圖是我國長征火箭把載人神舟飛船送上太空的情景，宇

航員在火箭發(fā)射與飛船回收的過程中均要經(jīng)受超重與失重的考驗，下列說法正

確的是（）

A.火箭加速上升時，宇航員處于失重狀態(tài)

B.飛船加速下落時，宇航員處于失重狀態(tài)

C.飛船落地前減速，宇航員對座椅的壓力大于其重力

D.火箭上升的加速度逐漸減小時，宇航員對座椅的壓力小于其重力

［解析］火箭加速上升時，加速度向上，對宇航員有F^—mg=ma,則F^—mg

+ma>mg,所以宇航員處于超重狀態(tài)，上升的加速度逐漸減小時，宇航員對座

椅的壓力也大于重力，選項A、D錯誤；加速下落時，加速度向下，對宇航員

有mg-F^=ma,則F^=mg—ma<mg,所以宇航員處于失重狀態(tài)，落地前減

速，加速度方向向上，宇航員對座椅的壓力大于其重力，選項B、C正確。

［答案］BC

［針對訓(xùn)練2］如圖所示，A、B兩人用安全帶連接在一起，從飛機上跳下進行

雙人跳傘運動，降落傘未打開時不計空氣阻力。下列說法正確的是（）

A.在降落傘未打開的下降過程中，安全帶的作用力一定為零

B.在降落傘未打開的下降過程中，安全帶的作用力大于B的重力

C.在降落傘未打開的下降過程中，安全帶的作用力等于B的重力

D.在降落傘打開后減速下降過程中，安全帶的作用力小于B的重力

［解析］據(jù)題意，降落傘未打開時，A、B兩人一起做自由落體運動，處于完全

失重狀態(tài)，則A、8之間安全帶的作用力為零，選項A正確，選項B、C錯誤；

降落傘打開后，A、B減速下降，加速度向上，則A、B處于超重狀態(tài)，對B

有：Fj—mg=ma,即FT=mg+"za>"2g,故選項D錯誤。

［答案］A

學(xué)習評價?反饋課堂效果廠：

1.（對超重、失重的理解）關(guān)于超重和失重，下列說法中正確的是（）

A.超重就是物體受的重力增加了

B.失重就是物體受的重力減小了

C.完全失重就是物體一點重力都沒有了

D.不論超重或失重，物體所受重力是不變的

［解析］超重（失重）是指物體對接觸面的壓力或?qū)覓煳锏睦Υ笥冢ㄐ∮冢┪矬w

的重力，而物體的重力并沒有變化，完全失重是壓力或拉力變?yōu)榱?，故A、B、

C錯誤，D正確。

［答案］D

2.（對超重、失重的理解）幾位同學(xué)為了探究電梯運動時的加速度大小，他們將體

重計放在電梯中。電梯啟動前，一位同學(xué)站在體重計上，體重計示數(shù)如圖甲所

示。然后電梯由1層直接升到10層，之后又從10層直接回到1層。圖乙至圖戊

是電梯運動過程中按運動順序在不同位置體重計的示數(shù)。下列說法正確的是

A.根據(jù)圖甲、圖乙可知，圖乙位置時電梯向上加速運動

B.根據(jù)圖甲、圖丙可知，圖丙位置時人處于超重狀態(tài)

C.根據(jù)圖甲、圖丁可知，圖丁位置時電梯向下減速運動

D.根據(jù)圖甲、圖戊可知，圖戊位置時人處于失重狀態(tài)

［解析］圖甲表示電梯靜止時體重計的示數(shù)，圖乙示數(shù)大于靜止時體重計的示

數(shù)，所以電梯是加速上升，故A正確；圖丙示數(shù)小于靜止時體重計的示數(shù)，加

速度方向向下，人處于失重狀態(tài)，故B錯誤；圖丁示數(shù)小于靜止時體重計的示

數(shù)，加速度方向向下，電梯在向下加速運動，故C錯誤；圖戊示數(shù)大于靜止時

體重計的示數(shù)，加速度向上，人處于超重狀態(tài)，故D錯誤。

［答案］A

3.（超、失重的判斷）關(guān)于超重和失重，下列說法正確的是（）

A.物體處于超重狀態(tài)時，物體一定在上升

B.物體處于失重狀態(tài)時，物體可能在上升

C.物體處于完全失重狀態(tài)時，地球?qū)λ囊拖Я?/p>

D.物體處于完全失重狀態(tài)時，它所受到的合外力為零

［解析］物體處