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第6节 超重和失重
第4章
目 录
CONTENTS
重力的测量
01
超重和失重
02
超重和失重的综合应用
03
站在体重计上向下蹲，你会发现，在下蹲的过程中，体重计的示数先变小，后变大，再变小。
当人静止后，保持某一数值不变。这是为什么呢？
01
重力的测量
1.先测得物体自由落体的加速度 g，
2.再利用天平测量物体的质量 m
3.利用牛 顿第二定律可得 G＝mg
方法一
在地球表面附近,物体由于地球的吸引而受到重力.如何测得物体重力的大小？
利用平衡条件对重力进行测量
将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态。 这时物体所受的重力和测力计对物体的拉力或支持力的大小相等，测力计的示数反映了物体所受的重力大小，称为视重。
方法一
02
超重和失重
人站在体重计上向下蹲的过程中，为什么体重计的示数回变化呢？
人下蹲过程经历了向下加速和减速的过程，我们来分析该过程体重计的弹力(视重)。
如图所示 ，选取人为研究对象。人体受到重力 mg 和体重计对人的支持力 FN，这两个力的共同作用使人在下蹲的过程中，先后经历加速向下→减速向下→静止三个阶段。
人在下蹲加速阶段，受力和加速度如图：
由牛顿第二定律，得：
即体重计的示数所反映的视重(力)小于人所受的重力。
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，叫作失重现象。
因为加速度向下，视重(弹力)变小，重力不变。
a
v
.
FN
mg
↓ a
失重： FN = G - ma < G
mg-FN=ma
FN=m(g-a)N
人在减速下蹲过程中：
人在下蹲减速阶段，受力和加速度如图：
由牛顿第二定律，得：
即体重计的示数所反映的视重(力)大于人所受的重力。
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，叫作超重现象。
因为加速度向上，视重(弹力)变大，重力不变。
a
v
.
FN
mg
↑ a
超重：FN = G+ma > G
FN-mg=ma
FN=m(g+a)>mg
N
当在人静止时：
加速度等于零，合外力等于零，以向上为正：
N-mg=ma=0
N=mg
根据牛顿第三定律，台秤对人的支持力与人对台秤的压力等大反向，所以台秤的示数N‘=mg，显示为等于物体的重力，这种现象称为平衡状态
平衡状态：
物体对悬挂物的拉力（或对支持物的压力）等于物体所受重力的现象
用测力器演示超重与失重
力传感器上的超重失重
2. 失重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）小于物体所受重力的现象。
1.视重：人站在体重计上时，体重计的示数称为视重。
3. 超重：物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）大于物体所受重力的现象。
导学探究
如图，质量为m的人站在电梯内的体重计上，电梯上升过程中经历加速、匀速和减速的过程，在加速和减速上升的过程中，体重计的示数(人对体重计的压力)会发生变化。试分析判断(设加速上升和减速上升时加速度的大小均为a)：
答案　电梯加速上升时，受力分析如图甲所示
由牛顿第二定律得FN－mg＝ma
得FN＝mg＋ma>mg
(1)人加速上升时，体重计对人的支持力与重力的大小关系；
导学探究
(2)人减速上升时，体重计对人的支持力与重力的大小关系。
答案　电梯减速上升时，受力分析如图乙所示
由牛顿第二定律得mg－FN＝ma
得FN＝mg－ma（3）当升降机以加速度 a = g竖直加速下降时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力是多少？
4. 完全失重：当加速度 a = g时，物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力（视重）为零的现象。
由FN = m(g – a)得：FN =0
导学探究
运动分析
a的方向
NG关系
物理现象
电梯上升
v向上
加速
匀速
减速
电梯下降
v向下
加速
匀速
减速
N>G
?
5.探究超重、失重的条件
N?
向上
超重
平衡
无
N=G
?
向下
失重
N?
向下
失重
平衡
无
N=G
?
N>G
?
向上
超重
结论：
①加速方向向上：超重
②加速方向向下：失重
③物体是超重还是失重与物体的速度方向无关。
6.超重、失重、视重和重力的区别
（1）视重是指物体对支物体的压力（或悬挂物对物体的拉力），是可变的。
（2）物体的重力与运动状态无关，不论物体处于超重还是失重状态，重力不变。（G=mg）
规律
a竖直向上 视重 > 重力 超重状态
a竖直向下 视重 < 重力 失重状态
超重还是失重由a方向决定，与v方向无关
7. 超重、失重的现象与应用
完全失重——水球实验
太空中的单摆
7. 超重、失重的现象与应用
在太空完全失重的环境中，下列仪器能否继续使用？
在完全失重的环境中，所有原理中用到重力的仪器都不能使用！弹簧测力计不能测重力，但是能测其它力。
学科网原创
故台秤、天平不能使用，测力计不能测重力，但能测其它力。
侧面有一个洞的水瓶里面装满水，让水瓶做自由落体运动，水会不会从洞中射出来？为什么？
当杯子自由下落时，杯中的水处于完全失重状态，水的内部没有压力，故水不会喷出。但杯子中水的重力仍然存在，其作用效果是用来产生重力加速度。
　(2022·北京市石景山区高一期末)某志愿者站在力传感器上分别完成下蹲和站起动作，计算机同时采集相应的数据，如图所示，这是做其中一个动作时，力传感器的示数随时间变化的情况，下列判断正确的是
A.这是站起过程，先失重后超重
B.这是站起过程，先超重后失重
C.这是下蹲过程，先失重后超重
D.这是下蹲过程，先超重后失重
例1
√
　(2022·枣庄三中高一月考)某同学站在电梯底板上，如图所示的v－t图像是计算机显示的电梯在某一段时间内速度变化的情况(竖直向上为正方向)。根据图像提供的信息，可以判断下列说法正确的是
A.在0～20 s内，电梯向上运动，该同学始终处于
超重状态
B.在0～5 s内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态
C.在5～10 s内，电梯处于静止状态，该同学对电梯底板的压力等于他所
受的重力
D.在10～20 s内，电梯在减速上升，该同学处于失重状态
例2
√
1.如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力)。下列说法正确的是
A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零
B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力
√
A、B整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完全失重状态，不论上升还是下降过程，A对B均无压力，只有A选项正确。
2.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＝10 m/s2)，则：
(1)当升降机匀速上升时，物体对台秤的压力大小是多少？
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？物体对台秤的压力大小是多少？
答案　超重状态　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？物体对台秤的压力大小是多少？
答案　失重状态　100 N　
(1)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。
(2)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，
根据牛顿第二定律得FN′－mg＝ma1
解得FN′＝220 N，
由牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为220 N。
(3)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，
根据牛顿第二定律得mg－FN″＝ma2
解得FN″＝100 N，
由牛顿第三定律，物体对台秤的压力大小为100 N。
(4)当升降机自由下落时，物体对台秤的压力为多少？
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
03
超重和失重的综合应用
　如图所示，质量为M的斜面体始终处于静止状态，重力加速度为g，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.由于不知道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
例1
√
(2022·福州第一中学高一期末)如图甲，在
力传感器下端悬挂一钩码。某同学手持该传
感器，从站立状态下蹲，再从下蹲状态起立
回到站立状态，此过程中手和上身保持静止。
下蹲过程传感器受到的拉力随时间变化情况如图乙，则起立过程传感器受到的拉力随时间变化情况可能是
√
例2
下蹲过程，钩码先向下加速再向下减速，
则加速度方向先向下后向上，则钩码先
处于失重状态再处于超重状态，传感器
受到的拉力先小于钩码的重力再大于钩
码的重力。起立过程，钩码先向上加速再向上减速，则加速度方向先向上后向下，则钩码先处于超重状态再处于失重状态，传感器受到的拉力先大于钩码的重力再小于钩码的重力，故选C。
1.某人在地面上最多能举起50 kg 的物体，当他在竖直向上运动的电梯中最多举起60 kg的物体时，电梯加速度的大小和方向为(g＝10 m/s2)
A.2 m/s2　竖直向上 B. m/s2　竖直向上
C.2 m/s2　竖直向下 D. m/s2　竖直向下
√
由题意可知，在地面上，人能承受的最大压力为Fm＝mg＝500 N，在电梯中人能举起60 kg的物体，物体一定处于失重状态，对60 kg的物
体：m′g－Fm＝m′a，即a＝ ，方向竖直向下，选项D正确。
2.在电梯中，把一物体置于水平台秤上，台秤与力传感器相连，电梯先从静止加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动；传感器的屏幕上显示出其所受的压力与时间
的关系图像如图所(g取10 m/s2)，则：
(1)电梯在启动阶段经历了多长时间的加速上升过程？
答案　4 s　
(2)该物体的重力是多少？电梯在超重和失重时物体的重力是否变化？
答案　30 N　不变　
(3)电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大？
课堂小结
谢谢各位的聆听！

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