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(共38张PPT)
第六节　失重和超重
[学习目标]
1．知道超重、失重和完全失重现象，会根据条件判断超重、失重现象．
2．能够运用牛顿运动定律分析超重和失重现象．
一、重力的测量
1．一种方法是，先测量物体做自由落体运动的加速度g，再用天平测量物体的质量，利用牛顿第二定律可得：G＝mg.
2．另一种方法是，利用力的平衡条件对重力进行测量．
二、失重和超重现象
1．失重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)________________物体所受的重力的现象．
2．超重：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)________________物体所受的重力的现象．
3．在失重和超重现象中，物体所受的重力没有发生变化．
小于
大于
三、失重和超重现象产生的条件
1．当物体________上升或________下降时，即有__________的加速度时，物体出现超重现象．
2．当物体加速________或减速________时，即有________的加速度时，物体出现失重现象．
四、失重和超重现象的解释
设质量为m的重物受向上的拉力T和重力G的作用．假设重物向下做匀加速运动，加速度大小为a，选定竖直向下为正方向，根据牛顿第二定律，得G－T＝ma，即T＝G－ma，即重物处于失重状态．
假设重物以加速度a向上做匀加速运动，选定竖直向上为正方向，由牛顿第二定律，得T－G＝ma，即T＝G＋ma，即重物处于超重状态．
加速
减速
向上
下降
上升
向下
五、完全失重现象
1．定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)________的状态．
2．产生条件：a＝g，方向________________．
竖直向下
为零
判断下列说法是否正确．
(1)物体向上运动时一定处于超重状态．(　　)
(2)物体减速向下运动时处于失重状态．(　　)
(3)物体处于失重状态时所受的重力减小了．(　　)
(4)物体处于完全失重状态时就不受重力了．(　　)
(5)不论物体超重、失重，还是完全失重，物体所受的重力都是不变的．(　　)
(6)超重和失重可根据物体的加速度方向判定.(　　)
×
√
√
×
×
×
课堂 深度探究
知识点一　对超重、失重现象的理解
如图所示，某人乘坐电梯正在向上运动．
(1)电梯启动瞬间加速度沿什么方向？
人受到的支持力比其重力大还是小？电梯匀速向上运动时，人受到的支持力比其重力大还是小？
[提示] 电梯启动瞬间加速度方向向上，人受到的合力方向向上，所以受到的支持力大于重力；电梯匀速向上运动时，人受到的合力为零，所以受到的支持力等于重力．
[提示]　减速运动时，因速度方向向上，故加速度方向向下，即人受到的合力方向向下，所以受到的支持力小于重力．
(2)电梯将要到达目的地减速运动时加速度沿什么方向？人受到的支持力比其重力大还是小？
1．物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化．
2．判断物体超重与失重的方法
(1)从受力的角度判断
①超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力．
②失重：物体所受向上的拉力(或支持力)小于重力．
(2)从加速度的角度判断
①当物体的加速度方向向上(或加速度有竖直向上的分量)时，处于超重状态．
②当物体的加速度方向向下(或加速度有竖直向下的分量)时，处于失重状态．
注意：物体处于超重还是失重状态，只取决于沿竖直方向的加速度的方向，与物体的运动方向无关．
在完全失重状态下，由重力引起的现象将消失．例如：液体的压强、浮力将为零；水银压强计、天平将无法使用；摆钟停摆；弹簧测力计不能测重力等．
[解析]　静止站立处于平衡状态，A错误；加速下蹲，加速度向下，支持力小于重力，处于失重状态，B错误；加速上升，加速度向上，支持力大于重力，处于超重状态，C正确；离地上升处于完全失重状态，D错误．
　　　
√
在身体素质测试“原地纵跳摸高”科目中，某同学按科目要求所做的四个动作过程如图所示，其中处于超重状态的过程是(　　)
(2025·阳江市期中)2024年9月，我国的“朱雀三号”可重复使用火箭进行了可回收运载火箭的试验，为将来降低航天发射成本奠定了坚实基础．有关火箭的运动，下列说法正确的是(　　)
A．火箭向上飞行则处于超重状态
B．火箭向下飞行则处于失重状态
C．火箭在加速向上时处于失重状态
D．火箭在减速下降时处于超重状态
√
[解析]　火箭加速向上飞行时，加速度向上，处于超重状态，火箭向上匀速运动时，则处于平衡状态，故A、C错误；火箭向下减速下降时，加速度向上，处于超重状态，火箭向下加速飞行时，加速度向下，处于失重状态，火箭向下匀速运动时，则处于平衡状态，故B错误，D正确．
在升降电梯内的地板上放一体重计，电梯静止时，某同学站在体重计上，体重计示数为如图所示的40 kg.电梯突然启动，在启动的一段时间内，该同学发现体重计示数为45 kg，重力加速度大小g取10 m/s2，下列说法正确的是(　　)
A.该同学的质量变大了
B．电梯启动时一定在竖直向上运动
C．电梯启动时可能在竖直向下运动
D．电梯启动时的加速度大小为2 m/s2
√
[解析]　该同学的质量不变，故A错误；该同学在这段时间内处于超重状态，电梯启动时一定在竖直向上运动，故B正确，C错误；根据牛顿第二定律，可知F－mg＝ma，其中F＝m示数g，解得a＝1.25 m/s2，故D错误．
知识点二　超重和失重的分析计算
1．超重与失重问题，实质上是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住联系力和运动的桥梁——加速度．
2．基本思路
(1)确定研究对象；
(2)把研究对象从运动体系中隔离出来，进行受力分析并画出受力图；
(3)选取正方向，分析物体的运动情况，明确加速度的方向；
(4)根据牛顿运动定律和运动学公式列方程；
(5)解方程，找出所需的结果．
3．注意使用牛顿第三定律，因为压力和支持力并不是一回事，同时注意物体具有向上(或向下)的加速度与物体向上运动(或向下运动)无关．
角度1　应用图像分析超重和失重
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650 N，除此以外，还可以得到的信息为(　　)
A．1 s时人处在下蹲的最低点
B．2 s时人处于起立静止状态
C．下蹲过程中人处于先失重后超重的状态
D．该同学做了2次下蹲—起立的动作
√
[解析]　人处在下蹲的最低点时应该有向上的最大加速度，由题图可知在1 s时人有向下的最大加速度，故A错误；2 s时传感器示数等于人所受的重力，故此时人处于下蹲静止状态，故B错误；人在下蹲的过程中，先加速向下运动，此时加速度方向向下，故人处于失重状态，最后人静止，故后半段是人减速向下的过程，此时加速度方向向上，人处于超重状态，故下蹲过程中人先失重后超重，故C正确；该同学在前2 s是下蹲过程，后2 s是起立的过程，所以共做了1次下蹲—起立的动作，故D错误．
(多选)(2025·清远市期末)如图所示的是东方明珠广播电视塔，是上海的标志性文化景观之一，塔高约468米．游客乘坐观光电梯大约1 min就可以到达观光平台．若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t＝0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，电梯处于超重状态
B．7 s到53 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
√
√
[解析]　t＝6 s时，电梯加速度向上，则处于超重状态，A正确.7 s到53 s时间内，电梯匀速上行，此时绳索拉力等于重力；53 s到60 s时间内，电梯减速上行，加速度向下，此时电梯处于失重状态，此时绳索拉力小于重力，则7 s到53 s时间内，绳索拉力不是最小的，B、C错误．因a－t图像的面积等于速度的变化量，则在60 s内速度的变化量为零，即t＝60 s时电梯速度恰好为0，D正确．
角度2　超重和失重的计算
升降机地板上放一个弹簧式台秤，秤盘放一个质量为20 kg的物体(g取10 m/s2).
(1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？
[解析]　当升降机匀速上升时，FN＝mg＝200 N
根据牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为200 N.
[答案]　200 N　
(2)当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体所受的支持力大小是多少？
[解析]　当升降机以1 m/s2的加速度竖直上升时，加速度方向向上，物体处于超重状态，根据牛顿第二定律
FN′－mg＝ma1
解得FN′＝220 N.
[答案]　超重　220 N　
(3)当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，物体处于超重状态还是失重状态？物体所受的支持力大小是多少？
[解析]　当升降机以5 m/s2的加速度减速上升时，加速度方向向下，物体处于失重状态，根据牛顿第二定律
mg－FN″＝ma2
解得FN″＝100 N.
[答案]　失重　100 N　
(4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？
[解析]　当升降机自由下落时，加速度等于重力加速度，则物体处于完全失重状态，则物体对台秤的压力为0.
[答案]　0
知识点三　沿斜面运动物体的超重和失重
如图，电梯与水平地面成θ角，一人静止站在电梯水平梯板上，电梯以加速度a启动过程中，水平梯板对人的支持力和摩擦力分别为FN和f.若电梯启动加速度改为2a，则下面结论正确的是(　　)
A．人处于超重状态
B．人处于失重状态
C．水平梯板对人的支持力变为2FN
D．水平梯板对人的摩擦力仍为f
√
[解析]　对人受力分析，由于人有沿斜面向上的加速度，故摩擦力方向水平向右，如图所示．由牛顿第二定律得f＝ma cos θ，FN－mg＝ma sin θ，当加速度变为2a时，f′＝2ma cos θ＝2f，FN′＝mg＋2ma sin θ<2FN，故C、D错误；由于人受到的支持力大于重力，所以人处于超重状态，故A正确，B错误．
如图所示，质量为M的斜面体始终处于静止状态，当质量为m的物体以加速度a沿斜面加速下滑时有(　　)
A．地面对斜面体的支持力大于(M＋m)g
B．地面对斜面体的支持力等于(M＋m)g
C．地面对斜面体的支持力小于(M＋m)g
D．由于不知a的具体数值，无法判断地面对斜面体的支持力的大小与(M＋m)g的关系
√
[解析]　对M和m组成的系统，当m具有向下的加速度而M保持平衡时，可以认为系统加速向下运动，故系统具有向下的加速度，处于失重状态，所受到的地面的支持力小于系统所受的重力．
随堂 巩固落实
√
1．(对超重和失重的理解)关于超重和失重，下列说法正确的是(　　)
A．超重就是物体受的重力增加了
B．失重就是物体受的重力减小了
C．完全失重就是物体一点重力都不受了
D．无论超重或失重，物体所受重力是不变的
解析：无论超重、失重，还是完全失重，物体受到的重力都不变．
2．(对超重和失重的理解)(2024·深圳统考期末)如图，用手托住几本教材，下列哪种情况下教材对手的作用力比教材所受的重力大(　　)
A．使教材匀速向上运动
B．使教材匀速向下运动
C．使教材匀减速向下运动
D．使教材匀减速向上运动
√
解析：使教材匀速向上、向下运动时教材均处于平衡状态，其受到的支持力等于重力大小，由牛顿第三定律可知压力大小等于支持力大小，说明教材对手的作用力与教材所受的重力大小相同，A、B错误；使教材匀减速向下运动，合力向上，其受到的支持力大于重力大小，教材对手的作用力比教材所受的重力大，C正确；使教材匀减速向上运动，合力向下，其受到的支持力小于重力大小，则教材对手的作用力比教材所受的重力小，D错误．
3．(应用图像分析超重和失重)小明探究从一楼坐电梯回到家(五楼)的电梯运动情况的v－t图像如图所示，小明处于失重阶段的是(　　)
A.从20.0 s到30.0 s
B．从30.0 s到40.0 s
C．从40.0 s到50.0 s
D．从50.0 s到60.0 s
√
解析：从20.0 s到30.0 s，由v－t图像可知，速度随时间在增大，因此小明随电梯在加速上升，加速度向上，支持力大于重力，处于超重阶段，A错误；从30.0 s到40.0 s，速度基本保持不变，电梯仍在上升，因此小明随电梯匀速上升处于平衡阶段，B错误；从40.0 s到50.0 s，速度随时间在减小，电梯仍在上升，因此小明随电梯在减速上升，加速度向下，处于失重阶段，C正确；从50.0 s到60.0 s，速度为0，即此时电梯到达目的楼层，小明处于静止平衡阶段，D错误．
4.(沿斜面运动物体的超重和失重)(多选)某商场安装了智能化电动扶梯，无人站在扶梯上时扶梯运行得很慢．现有顾客乘扶梯下楼，扶梯自动先加速再匀速运行．下列说法正确的是(　　)
A．扶梯匀速运行过程中，顾客受到的支持力大小
等于扶梯受到的压力大小
B．扶梯加速运行转过程中，顾客受到的支持力大
小等于扶梯受到的压力大小
C．扶梯加速过程中，顾客处于失重状态
D．扶梯加速过程中，顾客共受到两个力作用
√
√
√
解析：无论扶梯匀速还是加速，顾客受到的支持力和扶梯受到的压力总是一对作用力与反作用力，因此它们的大小总是相等的，故A、B正确；在加速的过程中，顾客加速度与速度同方向，具有竖直向下的加速度分量，顾客处于失重状态，故C正确；在加速的过程中，顾客受到的合力斜向左下方，因而顾客受到的摩擦力与接触面平行水平向左，同时顾客还受重力、支持力的作用，故D错误．

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