專題6 超重和失重(教師版)-2025版動力學(xué)中的九類常見模型精講精練講義

動力學(xué)中的九類常見模型精講精練專題6超重和失重【知識精講】1．重力與視重(1)重力：物體所受重力不會因物體運動狀態(tài)的改變而改變。(2)視重：當(dāng)物體豎直懸掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時，彈簧測力計或臺秤的示數(shù)稱為“視重”，大小等于彈簧測力計所受的拉力或臺秤所受的壓力。2．超重(1)定義：物體對支持物的壓力(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。3．失重(1)定義：物體對支持物的壓力(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。4．完全失重 (1)定義：物體對支持物的壓力(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?！痉椒w納】1.超重和失重的理解與判斷(1)當(dāng)視重與物體的重力不同時，即發(fā)生了超重或失重現(xiàn)象。(2)判斷物體超重與失重的方法①從受力的角度判斷：超重：物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力。失重：物體所受向上的拉力(或支持力)小于重力。②從加速度的角度判斷：當(dāng)物體的加速度方向向上(或豎直分量向上)時，處于超重狀態(tài)。當(dāng)物體的加速度方向向下(或豎直分量向下)時，處于失重狀態(tài)。[特別提醒]（1）在完全失重狀態(tài)下，平常由重力產(chǎn)生的一切物理現(xiàn)象都會消失，比如單擺停止擺動、液體對器壁沒有壓強、浸在液體中的物體不受浮力等。工作原理與重力有關(guān)的儀器也不能再使用，如天平、液體氣壓計等。(2)超重、失重與物體的運動方向即速度方向無關(guān)。2.解決超重、失重問題的基本方法(1)明確研究對象，進行受力分析。(2)判斷加速度的方向，并建立合理的坐標(biāo)軸。(3)應(yīng)用牛頓第二定律列出方程。(4)代入數(shù)據(jù)求解，必要時進行討論?！镜淅觥俊镜淅?.(2024廣東中山高一期末)引體向上是高中學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)的測試項目之一，如圖甲所示，質(zhì)量為的某同學(xué)，雙手抓住單杠做引體向上，在豎直向上運動過程中，其重心的速度隨時間變化的圖像如圖乙所示，取，由圖像可知，下列說法正確的是()A.時，他的加速度約為 B.，他的位移約為C.時，他正處于失重狀態(tài) D.時，他受到單杠的作用力大小為【解析】圖像的斜率表示加速度，內(nèi)內(nèi)圖像近似一條直線，可認(rèn)為，內(nèi)學(xué)生做勻加速運動，時，他的加速度約為故A正確；圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積表示位移，，他的位移約為故B正確；時，圖像的斜率為負(fù)，他的加速度方向向下，正處于失重狀態(tài)，故C正確；時，根據(jù)牛頓第二定律解得故D錯誤?【答案】ABC【模擬題精練】1.（2024河北邯鄲一模）生活中有很多跟物理相關(guān)的問題，我們可以利用所學(xué)知識對這些問題進行分析，例如平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運動，最后靜止（物體始終沒有離開手）。關(guān)于物體的運動分析正確的是（）A.物體所受支持力始終大于重力，物體始終處于超重狀態(tài)B.物體一直向上運動，所以不會出現(xiàn)失重狀態(tài)C.物體所受支持力始終對物體做正功D.物體的機械能不變【參考答案】C【名師解析】平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運動，最后靜止，可知物體先向上做加速運動，加速度向上，物體所受支持力大于重力，物體處于超重狀態(tài)，后向上做減速運動，加速度向下，物體所受支持力小于重力，物體處于失重狀態(tài)，故AB錯誤；物體所受支持力方向與運動方向相同，為豎直向上，可知物體所受支持力始終對物體做正功，故C正確；物體的動能不變，重力勢能增大，故物體的機械能增大，故D錯誤。2.(2024山西晉城期末)如圖所示是山西八泉峽的觀光電梯，該電梯依山體豎直而建，最大運行速度為4m/s。電梯先由靜止加速，再勻速，最后減速到停止，讓乘客在208m的運動過程中欣賞山谷美景。以下說法正確的是（）A.電梯加速上升過程中，乘客重力變大B.電梯減速下降過程中，乘客重力變小C.電梯加速下降過程中，乘客處于超重狀態(tài)D.電梯減速上升過程中，乘客處于失重狀態(tài)【參考答案】D【名師解析】．電梯加速上升過程中，乘客重力不變，選項A錯誤；電梯減速下降過程中，乘客重力也不變，選項B錯誤；電梯加速下降過程中，加速度向下，則乘客處于失重狀態(tài)，選項C錯誤；電梯減速上升過程中，加速度向下，則乘客處于失重狀態(tài)，選項D正確。3.（2024云南靖江重點高中期初測試）如圖所示，一個盛水的容器底部有一小孔。靜止時用手指堵住小孔不讓它漏水，假設(shè)容器在下述幾種運動過程中始終保持平動，且忽略空氣阻力，則（）A.容器自由下落時，小孔向下漏水B.將容器豎直向上拋出，容器向上運動時，小孔向下漏水；容器向下運動時，小孔不向下漏水C.將容器豎直向上拋出，不管是容器向上運動，還是向下運動，小孔都向下漏水D.將容器豎直向上拋出，不管是容器向上運動，還是向下運動，小孔都不向下漏水【參考答案】D【名師解析】無論是讓容器自由下落，還是豎直上拋，水和容器都是處于完全失重狀態(tài)，運動情況相同。所以不管怎樣，水都不會漏下來，所以ABC錯誤，D正確。4.(2024陜西寶雞期末)蹦床是一項運動員利用從蹦床反彈中表現(xiàn)雜技技巧的一項競技運動，它屬于體操運動的一種。如圖所示，已知該運動員以大小為8m/s的初速度豎直向上離開蹦床，重力加速度大小為g（），若不計空氣阻力，運動員可視為質(zhì)點，從離開蹦床算起，則下列說法不正確的是（）A.運動員在空中處于完全失重狀態(tài)B.運動員到達(dá)最高點時恰好處于平衡狀態(tài)C.運動員到達(dá)最高點運動時間為0.8sD.運動員上升的最大高度為3.2m【參考答案】B【名師解析】運動員在空中加速度為向下的g，處于完全失重狀態(tài)，選項A正確，不符合題意；運動員到達(dá)最高點時受合力為mg，則不是處于平衡狀態(tài)，選項B錯誤，符合題意；運動員到達(dá)最高點運動時間為選項C正確，不符合題意；運動員上升的最大高度為選項D正確，不符合題意。5.（2024山東泰安期末）如圖甲所示，一升降機頂部有一個用輕繩懸掛小球。t=0時刻，升降機由靜止開始豎直向下做直線運動，取豎直向下為正方向，其位移時間圖像如圖乙所示，其中在時間內(nèi)為直線。則下列說法中正確的是（）A.小球在0~t1時間內(nèi)處于超重狀態(tài)B.小球在t1~t2時間內(nèi)處于超重狀態(tài)C.小球在在t1~t2時間內(nèi)處于失重狀態(tài)D.小球在在t2~t3時間內(nèi)處于超重狀態(tài)【參考答案】D【名師解析】圖像中，圖像上某點切線斜率的絕對值表示速度大小，可知，0~t1時間內(nèi)，升降機向下做加速運動，加速度方向向下，小球處于失重狀態(tài)，故A錯誤；時間內(nèi)為直線，圖像的斜率不變，即升降機做勻速直線運動，加速度為0，小球處于平衡狀態(tài)，既不超重又不失重，故BC錯誤；t2~t3時間內(nèi)，圖像的斜率逐漸減小，可知，t2~t3時間內(nèi)，升降機向下做減速運動，加速度方向向上，小球處于超重狀態(tài)，故D正確。6．（2024遼寧部分重點高中3月聯(lián)考）如圖所示，體重為50kg的中學(xué)生在乘坐電梯時，手里拿著一個由輕質(zhì)彈性細(xì)繩（繩上彈力變化滿足胡克定律）和質(zhì)量為0.1kg的小球構(gòu)成的玩具，此時他發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)彈性細(xì)繩的伸長量為電梯靜止時的，重力加速度g取。下列說法正確的是（）A．該中學(xué)生處于超重狀態(tài) B．該中學(xué)生對電梯地板的壓力大小為501NC．電梯可能加速下降，加速度大小為 D．電梯可能減速上升，加速度大小為【參考答案】．D【名師解析】電梯靜止不動時，小球受力平衡，有，電梯運行時，由牛頓第二定律有，解得加速度大小為，方向豎直向下，所以電梯可能加速下降或減速上升，該中學(xué)生處于失重狀態(tài)，A、C項錯誤，D項正確；對該中學(xué)生和玩具構(gòu)成的系統(tǒng)進行受力分析，由牛頓第二定律有，電梯地板對該中學(xué)生的支持力大小，由牛頓第三定律可知，該中學(xué)生對電梯地板的壓力大小為400.8N，B項錯誤。7.（2024安徽六校期末聯(lián)考）某海洋館中的“海豚頂球”節(jié)目因其互動性強而深受小朋友們的喜愛.如圖所示為一海豚把球頂向空中，并等其落下。下列說法正確的是（）A.球在最高點時受到重力和海豚對它的頂力作用B.球在最高點時速度和加速度都為零C.球在上升過程中處于超重狀態(tài)D.球在下落過程中處于失重狀態(tài)【參考答案】.D【名師解析】海豚把球頂向空中后，球只在重力作用下運動，球在最高處只受到重力，選項A錯誤；球上升到最高點時只受重力作用，速度為零，加速度為g，選項B錯誤；球在上升過程中只受到重力的作用，有向下的加速度，處于失重狀態(tài)，選項C錯誤；球在下落過程中只受到重力的作用，加速度為g，加速度的方向向下，處于失重狀態(tài)，選項D正確.8．[多選]有一種大型娛樂器械可以讓人體驗超重和失重，其環(huán)形座艙套在豎直柱子上(如圖所示)，由升降機送上幾十米的高處，然后讓座艙自由下落。落到一定位置時，制動系統(tǒng)啟動，座艙做減速運動，到地面時剛好停下。下列說法正確的是()A．座艙自由下落的過程中人處于超重狀態(tài)B．座艙自由下落的過程中人處于失重狀態(tài)C．座艙減速下落的過程中人處于超重狀態(tài)D．座艙下落的整個過程中人處于失重狀態(tài)【參考答案】BC【名師解析】在自由下落的過程中人只受重力作用，做自由落體運動，處于失重狀態(tài)，故選項A錯誤，選項B正確；在減速運動的過程中人受重力和座位對人向上的支持力，做減速運動，所以加速度向上，人處于超重狀態(tài)，故選項C正確，選項D錯誤。9（2024四川南充名校聯(lián)考）某人乘電梯從10樓到1樓，從電梯啟動到停在1樓的過程，經(jīng)歷了勻加速、勻速和勻減速三個階段。電梯在這三個連續(xù)的運動階段中，該人所受的重力和他對電梯地板的壓力相比較，其大小關(guān)系分別是A．重力大于壓力，重力等于壓力，重力小于壓力B．重力小于壓力，重力等于壓力，重力大于壓力C．重力大于壓力，重力小于壓力，重力小于壓力D．重力小于壓力，重力小于壓力，重力大于壓力【參考答案】A【名師解析】：某人乘電梯從10樓到1樓，速度方向向下。電梯啟動做加速運動階段，加速度方向向下，由牛頓第二定律可知重力大于電梯地板對他的支持力，由牛頓第三定律可知，他對電梯地板的壓力等于電梯地板對他的支持力，即重力大于壓力，處于失重狀態(tài)；在勻速運動階段，處于平衡狀態(tài)，重力等于壓力；在減速運動階段，加速度方向向上，由牛頓第二定律可知重力小于電梯地板對他的支持力，由牛頓第三定律可知，他對電梯地板的壓力等于電梯地板對他的支持力，即重力小于壓力，處于失重狀態(tài)；所以選項A正確。【一題多解】：此題情景是某人乘電梯從10樓到一樓，速度方向向下，經(jīng)歷加速、勻速、減速三個階段，加速度方向分別向下、為零、向上，其狀態(tài)分別對應(yīng)失重、等于、超重，即分別對應(yīng)重力大于壓力、重力等于壓力、重力小于壓力，所以選項A正確。10.（2024安徽十校聯(lián)盟聯(lián)考）北京冬奧會于2022年2月4日開幕，在2月8日進行的自由式滑雪女子大跳臺比賽中，中國選手谷愛凌獲得了該項目歷史上第一塊金牌。下圖為“大跳臺”賽道的示意圖，由助滑道、起跳區(qū)、著陸坡、終點線、停止區(qū)組成。下列說法正確的是（）A.助滑道上運動員下蹲，雙臂向后緊貼身體，以減小起跳時的速度B.運動員在助滑道上加速下滑時，運動員處于超重狀態(tài)C.所有運動員在著陸坡落地時，他們的速度方向一定相同D.著陸時運動員控制身體屈膝下蹲，是為了減小平均沖擊力【參考答案】D【名師解析】助滑道上運動員下蹲，雙臂向后緊貼身體，以減小起跳時的空氣阻力，增加起跳速度，A錯誤；運動員在助滑道上加速下滑時，運動員處于失重狀態(tài)，B錯誤；由于運動員在空中完成各種動作，調(diào)整運動姿態(tài)，改變空氣阻力，從而使落地時的速度方向不一定相同，C錯誤；著陸時運動員控制身體屈膝下蹲，延長落地時間，從而減小平均沖擊力，D正確。11.（2024河南漯河高中期末質(zhì)檢）重慶歡樂谷的一種巨型機動游戲設(shè)備可以使人體驗超重和失重，以驚險刺激深受年輕人的歡迎。一個可乘十多個人的環(huán)形座艙套裝在豎