人教版高中物理舉一反三-必修一4.6超重和失重（教師版）

4.6超重和失重解析版一、重力的測量1.方法一：先測量物體做自由落體運(yùn)動的加速度g，再用天平測量物體的質(zhì)量，利用牛頓第二定律可得G=mg。2.方法二：將待測物體懸掛或放置在測力計上，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)力的平衡條件可得重力大小等于測力計的示數(shù)，即G=F。二、超重和失重1.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.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(或豎直分量向下)。3.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(或豎直分量向上)。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。三、超重和失重現(xiàn)象的分析物體處于超重還是失重狀態(tài)，只取決于加速度的方向，與運(yùn)動方向無關(guān)。狀態(tài)加速度視重F與重力mg的關(guān)系運(yùn)動情況舉例受力示意圖平衡a=0F=mg靜止或勻速直線運(yùn)動?超重向上F=m(g+a)>Mg向上加速或向下減速?失重向下F=m(g-a)<mg(a<g)向下加速或向上減速?完全失重a=gF=0自由落體運(yùn)動、豎直上拋運(yùn)動?四、超重、失重現(xiàn)象的應(yīng)用?1.超重現(xiàn)象的定量分析人站在具有向上的加速度a(向上加速或向下減速)的電梯里的體重計上，以人為研究對象：由牛頓第二定律有F合=F-mg=ma則體重計對人的支持力F=mg+ma故人對體重計的壓力大小F'=F=mg+ma因此體重計的示數(shù)為F'=mg+ma>mg2.失重現(xiàn)象的定量分析人站在具有向下的加速度a(向下加速或向上減速)的電梯里的體重計上，以人為研究對象：由牛頓第二定律有F合=mg-F=ma則體重計對人的支持力F=mg-ma故人對體重計的壓力大小為F'=F=mg-ma因此體重計的示數(shù)為F'=mg-ma<mg3.完全失重當(dāng)物體具有向下的加速度且a=g時，則F'=mg-mg=0?！境睾褪е嘏e一反三練習(xí)】1．某運(yùn)動員練習(xí)縱跳，從下蹲狀態(tài)向上躍起，直至豎直上升過程中，該運(yùn)動員（

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A．處于失重狀態(tài) B．處于超重狀態(tài)C．先超重后失重 D．先失重后超重【答案】C【詳解】從下蹲狀態(tài)向上躍起，直至豎直上升過程中，該運(yùn)動員先向上做加速運(yùn)動，后做減速運(yùn)動，因此先超重后失重，故ABD錯誤，C正確。故選C。2．(多選)在如圖所示“兒童蹦極”活動中，拴在小朋友腰間的是左右對稱彈性極好的相同橡皮繩。若小朋友從最低位置（此時橡皮繩伸長量最大）處開始由靜止上升，直至上升到橡皮繩處于原長的過程中（橡皮繩處于彈性限度內(nèi)），下列說法中正確的是（）A．橡皮繩恢復(fù)原長時，小朋友的速度、加速度都為零B．小朋友的速度最大時，其加速度等于零C．小朋友處于最低位置時，速度為零，既不超重也不失重D．此過程小朋友的加速度先變小再變大，先處于超重狀態(tài)再處于失重狀態(tài)【答案】BD【詳解】A．橡皮筋處于原長位置時，小朋友只受重力，加速度為g，無法判斷速度是否為0，故A錯誤；B．小朋友所受合力為0時加速度為0，速度不再增大，此時速度最大，故B正確；C．小朋友處于最低點位置時，速度為零，但合力向上，加速度方向向上，不為0，處于超重狀態(tài)，故C錯誤；D．小朋友從最低點向上運(yùn)動時，橡皮筋的拉力的合力大于重力，處于超重狀態(tài)，拉力和重力的合力向上但逐漸減小，加速度越來越小，而后橡皮筋拉力的合力會小于重力，處于失重狀態(tài)，拉力和重力的合力向下增大，加速度增大，故D正確。故選BD。3．2022年11月29日23時08分，搭載神舟十五號載人飛船的長征二號F遙十五運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，約10分鐘后，神舟十五號載人飛船與火箭成功分離，進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射取得成功。11月30日7時33分，神舟十五號3名航天員順利進(jìn)駐中國空間站，與神舟十四號航天員乘組首次實現(xiàn)“太空會師”。下列說法正確的是（

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A．23時08分指的是時間間隔B．研究飛船與火箭分離過程時，飛船可以看成質(zhì)點C．火箭發(fā)射升空的過程中，宇航員處于超重狀態(tài)D．火箭發(fā)射時火箭向下推空氣，空氣給火箭向上的反作用力【答案】C【詳解】A．23時08分指的是發(fā)射的時刻，故A錯誤；B．研究飛船與火箭分離過程時要考慮形狀大小，不可把飛船看成質(zhì)點，故B錯誤；C．火箭發(fā)射升空的過程中向上做加速運(yùn)動，加速度向上處于超重狀態(tài)，故C正確；D．火箭發(fā)射時火箭向下推噴出的氣體，氣體給火箭向上的反作用力，故D錯誤。故選C。4．如圖所示，小球懸掛在箱子頂端的拉力傳感器上，當(dāng)箱子沿豎直方向做變速運(yùn)動時，傳感器的示數(shù)會變大或者變小，當(dāng)箱子的加速度向上為a時，可認(rèn)為重力加速度由g變?yōu)?，?dāng)箱子的加速度向下為a時，可認(rèn)為重力加速度由g變?yōu)?，小球好像處在一個重力加速度為的環(huán)境里，可把這個稱為等效重力加速度。下列說法正確的是（）

A．當(dāng)箱子向上做減速運(yùn)動時，等效重力加速度g'大于重力加速度gB．當(dāng)箱子向上的加速度等于g時，等效重力加速度g'等于2gC．當(dāng)箱子既不是超重狀態(tài)也不是失重狀態(tài)，等效重力加速度等于0D．拉力傳感器的示數(shù)F與小球的重力mg的合力與小球的質(zhì)量m之比等于等效重力加速度【答案】B【詳解】A．當(dāng)小球向上做減速運(yùn)動時，加速度向下，等效重力加速度g'小于重力加速度g，A錯誤；B．當(dāng)小球向上的加速度等于g時，由可得B正確；C．當(dāng)小球既不是超重狀態(tài)也不是失重狀態(tài)，豎直方向的加速度a=0，由可得C錯誤；D．由牛頓第二定律可知或即或則拉力傳感器的示數(shù)F與小球的質(zhì)量m之比等于等效重力加速度，D錯誤。故選B。5．如圖甲所示，在體重計上一同學(xué)下蹲和站起，體重計的示數(shù)變化如圖乙所示，下列說法正確的是（

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A．a(chǎn)-b段對應(yīng)的是站起過程，b-c段對應(yīng)的是下蹲過程B．d-e段對應(yīng)的是站起過程，e-f段對應(yīng)的是下蹲過程C．a(chǎn)-c段對應(yīng)的是站起過程，d-f段對應(yīng)的是下蹲過程D．c點和d點處于蹲下狀態(tài)，a點和f點處于直立狀態(tài)【答案】D【詳解】AC．根據(jù)圖乙可知，a-b段視重小于實重，b-c段視重大于實重，則可知a-c段對應(yīng)整個下蹲過程，即先加速向下，再減速向下，加速度先向下，再向上，先失重，后超重，故AC錯誤；B．d-e段視重大于實重，e-f段視重小于實重，則可知d-f段對應(yīng)整個站起過程，即先加速向上，再減速向上，加速度先向上，再向下，先超重，后失重，故B錯誤；D．根據(jù)以上分析可知，c點和d點處于蹲下狀態(tài)，a點和f點處于直立狀態(tài)，故D正確。故選D。6．打開手機(jī)加速度傳感器APP，手握手機(jī)迅速下蹲，手機(jī)記錄的圖像如圖所示，a、b分別為圖像的峰值，則（）A．峰值a對應(yīng)時刻，人向下運(yùn)動的速度最大B．峰值b對應(yīng)時刻，人向下運(yùn)動的速度最大C．峰值a對應(yīng)時刻，人對地面的壓力小于自身重力D．峰值b對應(yīng)時刻，人對地面的壓力小于自身重力【答案】D【詳解】AC．峰值a對應(yīng)時刻，有向上的最大加速度，人在做減速運(yùn)動，人對地面的壓力大于自身重力，速度不是最大，故AC錯誤；BD．峰值b對應(yīng)時刻有向下的最大加速度，人處在失重狀態(tài)，人對地面的壓力小于自身重力，此后一段時間人仍在向下加速，所以向下的速度不是最大，故B錯誤，D正確。故選D。7．質(zhì)量為m的人站在電梯內(nèi)，電梯從1樓上升到40樓，此過程中電梯速度v隨時間t變化的圖像如圖所示，重力加速度為g，下列說法正確的是（）

A．時間內(nèi)電梯對人的支持力小于mgB．時間內(nèi)人處于超重狀態(tài)C．時間內(nèi)人處于超重狀態(tài)D．時間內(nèi)電梯對人的支持力不斷增大【答案】D【詳解】A．由圖可知，時間內(nèi)電梯向上加速運(yùn)動，具有向上的加速度，電梯里的人處于超重狀態(tài)，電梯對人的支持力大于mg，A錯誤；B．由圖可知，時間內(nèi)電梯做勻速運(yùn)動，電梯里的人處于平衡狀態(tài)，B錯誤；C．由圖可知，時間內(nèi)電梯向上做減速運(yùn)動，具有向下的加速度，電梯里的人處于失重狀態(tài)，C錯誤；D．圖像的斜率絕對值表示加速度大小，由圖可知，時間內(nèi)加速度逐漸減小，根據(jù)牛頓第二定律有解得所以電梯對人的支持力不斷增大，D正確。故選D。8．如圖所示，魚兒擺尾擊水躍出水面，吞食荷花花瓣的過程中，下列說法正確的是（

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A．魚兒吞食花瓣時魚兒受力平衡B．魚兒擺尾出水時浮力大于重力C．魚兒擺尾擊水時受到水的作用力D．研究魚兒擺尾擊水躍出水面的動作可把魚兒視為質(zhì)點【答案】C【詳解】A．魚兒吞食花瓣時處于失重狀態(tài)，A錯誤；BC．魚兒擺尾出水時排開水的體積變小，浮力變小，魚兒能夠出水的主要原因是魚兒擺尾時水對魚向上的作用力大于重力，B錯誤、C正確；D．研究魚兒擺尾擊水躍出水面的動作不可以把魚兒視為質(zhì)點，否則就無動作可言，D錯誤。故選C。9．一質(zhì)量為m的乘客乘坐豎直電梯下樓，其位移s與時間t的關(guān)系圖像如圖所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小為g。以下判斷正確的是（）

A．時間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N>mg B．時間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N<mgC．時間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N<mg D．時間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N>mg【答案】D【詳解】AB．由于s-t圖像的斜率表示速度，可知在0~t1時間內(nèi)速度增加，即乘客的加速度向下，處于失重狀態(tài)，則FN<mgAB錯誤；CD．在t2~t3時間內(nèi)速度減小，即乘客的減速下降，處于超重，則FN>mgC錯誤，D正確。故選D。10．(多選)如圖所示為東方明珠廣播電視塔，是上海的標(biāo)志性文化景觀之一，塔高約468米。游客乘坐觀光電梯大約1min就可以到達(dá)觀光平臺。若電梯簡化成只受重力與繩索拉力，已知電梯在由靜止開始上升，其加速度a與時間t的關(guān)系如圖所示。下列相關(guān)說法正確的是（）

A．t＝6s時，電梯處于超重狀態(tài) B．7~53s時間內(nèi)，繩索拉力最小C．t＝59s時，電梯處于超重狀態(tài) D．t＝60s時，電梯速度恰好為0【答案】AD【詳解】A．t＝6s時，電梯加速度向上，則處于超重狀態(tài)，選項A正確；BC．7~53s時間內(nèi)，電梯運(yùn)動上行，此時繩索拉力等于重力；53~60s時間內(nèi)，電梯減速上行，加速度向下，此時電梯處于失重狀態(tài)，此時繩索拉力小于重力；則7~53s時間內(nèi)，繩索拉力不是最小的，選項BC錯誤；D．因a-t圖像的面積等于速度的變化量，則在60s內(nèi)速度的變化量為零，即t＝60s時電梯速度恰好為0，選項D正確。故選AD。11．(多選)“蹦極”是一項非常刺激的體育運(yùn)動，某人身系彈性繩自高空中P點由靜止開始下落，如圖所示，a點是彈性繩的原長位置，c點是人所能到達(dá)的最低位置，b點是人靜止懸掛時的平衡位置，則在人從P點下落到c點的過程中，不計空氣阻力。（）

A．在Pa段，人做自由落體運(yùn)動，處于完全失重狀態(tài)B．在ab段，人的速度越來越小，人處于失重狀態(tài)C．在bc段，人的加速度越來越大，人處于超重狀態(tài)D．在c點，人的速度為零，加速度也為零【答案】AC【詳解】A．在Pa段，人做自由落體運(yùn)動，加速度為g，故處于完全失重狀態(tài)，故A正確；B．在b點時，重力等于拉力，故在ab段，繩子的拉力大小小于人的重力，人繼續(xù)向下做加速運(yùn)動，人處于失重狀態(tài)，故B錯誤；C．在bc段，繩子的拉力大小大于人的重力，人開始做加速度向上的減速運(yùn)動，且加速度越來越大，人處于超重狀態(tài)，故C正確；D．在c點，人的速度為零，繩的拉力大于人的重力，人有向上的加速度，故D錯誤。故選AC。12．(多選)如圖，將游樂場的滑梯簡化成傾角為的斜面，該滑梯的質(zhì)量為M，放在粗糙水平面上，一個質(zhì)量為m的小朋友沿滑梯下滑。在滑梯的不同位置，由于小朋友與滑梯間的動摩擦因數(shù)不同，小朋友在滑梯上的AB段勻速下滑，在BC段以大小為a的加速度勻減速下滑，滑梯始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，重力加速度大小為g，則（）

A．小朋友在AB段勻速下滑的過程中，地面對滑梯的摩擦力為零B．小朋友在BC段勻減速下滑的過程中處于失重狀態(tài)C．小朋友在BC段勻減速下滑的過程中，地面對滑梯的支持力大小為D．小朋友在BC段勻減速下滑的過程中，滑梯對地面的摩擦力大小為，方向水平向左【答案】AC【詳解】A．小朋友在段勻速下滑的過程中，小朋友和滑梯組成的系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，地面對滑梯的支持力大小等于總重，即為，整體水平方向合外力為零，則地面對滑梯的摩擦力為零，A正確；B．小朋友在段勻減速下滑加速度沿斜面向上，處于超重狀態(tài)，B錯誤；CD．小朋友在段勻減速下滑的過程中，加速度方向沿斜面向上，將加速度進(jìn)行分解，如圖所示

根據(jù)質(zhì)點系牛頓第二定律有解得地面對滑梯的支持力大小為水平方向根據(jù)牛頓第二定律可得滑梯對地面的摩擦力大小為方向水平向右，C正確，D錯誤。故選AC。13．(多選)在電梯中，把一重物置于水平臺秤上，臺秤與力傳感器相連，電梯先從靜止加速上升，然后又勻速運(yùn)動一段時間，最后停止運(yùn)動。傳感器屏幕上顯示出其所受的壓力與時間的關(guān)系圖像，如圖所示，g取下列說法正確的是（）

A．電梯在啟動階段經(jīng)歷了4s的加速上升過程B．電梯的最大加速度是C．重物在0到4s的時間里，先超重后失重D．在整個過程中，重物所受重力先變大，后不變，再變小，最后又不變【答案】AB【詳解】AC．由圖可知，重物在0到4s的時間里，一直處于超重狀態(tài)，加速度向上，電梯加速上升，故C錯誤，A正確；B．由圖可知，重物的重力為，當(dāng)壓力最大為時，具有向上的最大加速度，由牛頓第二定律有解得故B正確；D．在整個過程中，重物所受重力保持不變，故D錯誤。故選AB。14．一質(zhì)量為60kg的人站在豎直向上