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2025高考物理一轮考点突破训练第3章运动和力的关系第10讲牛顿第二定律的基本应用考点2超重与失重现象
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这是一份2025高考物理一轮考点突破训练第3章运动和力的关系第10讲牛顿第二定律的基本应用考点2超重与失重现象，共3页。试卷主要包含了对超重和失重的理解，判断超重和失重的方法等内容，欢迎下载使用。
1．对超重和失重的理解
(1)超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了。在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生变化。
(2)在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等。
2．判断超重和失重的方法
(1)从受力的角度判断
当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时，物体处于失重状态；等于零时，物体处于完全失重状态。
(2)从加速度的角度判断
当物体具有向上的(分)加速度时，物体处于超重状态；具有向下的(分)加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度等于重力加速度时，物体处于完全失重状态。
(3)从速度变化的角度判断
①物体向上加速或向下减速时，超重；
②物体向下加速或向上减速时，失重。
【跟踪训练】
(从加速度角度判断)(2024·陕西西安调研)2022年2月8日，在中国北京冬奥会上，自由式滑雪女子大跳台项目，中国选手谷爱凌拿到了一枚宝贵的金牌。这不仅是她本人的首枚奥运金牌，更是中国代表团在本届冬奥会雪上项目的首金。自由滑雪女子空中技巧比赛中比赛场地可简化为如图所示的助滑区、弧形过渡区、着陆区、减速区等组成。若将运动员看作质点，且忽略空气阻力，下列说法正确的是( B )
A．运动员在助滑区加速下滑时处于超重状态
B．运动员在跳离弧形过渡区至着陆区之前的过程中处于完全失重状态
C．运动员在弧形过渡区运动过程中处于失重状态
D．运动员在减速区减速过程中处于失重状态
[解析] 运动员在助滑区加速下滑时，加速度沿斜面向下，加速度在竖直方向的分加速度为竖直向下，处于失重状态，A错误；忽略空气阻力，运动员在跳离弧形过渡区至着陆区之前，在空中只受到竖直向下的重力作用，物体的加速度为竖直向下的重力加速度，处于完全失重状态，B正确；运动员在弧形过渡区做圆周运动，加速度有竖直向上的分量，处于超重状态，C错误；运动员在减速区减速过程中，减速下降，竖直方向的分加速竖直向上，处于超重状态，D错误。
(从受力角度判断)2023年10月2日，杭州亚运会蹦床项目结束女子个人比赛的争夺，中国选手朱雪莹、胡译乘包揽冠亚军。假设在比赛的时候某一个时间段内蹦床所受的压力如图所示，忽略空气阻力，g＝10 m/s2，则以下说法正确的是( D )
A．1.0 s到1.2 s之间运动员处于失重状态
B．1.0 s到1.2 s之间运动员处于超重状态
C．在图示的运动过程中，运动员离开蹦床后上升的最大高度为9.8 m
D．在图示的运动过程中，运动员离开蹦床后上升的最大高度为3.2 m
[解析] 蹦床所受的压力大小与蹦床对运动员的支持力大小相等，可知1.0 s到1.2 s之间蹦床对运动员的支持力逐渐增大，过程为运动开始接触蹦床到到达最低点，根据牛顿第二定律该段过程为运动员先向下加速后向下减速，加速度先向下后向上，先失重后超重，故A、B错误；根据图线可知运动员从离开蹦床到再次接触蹦床的时间为t＝1.6 s，该段时间运动员做竖直上抛运动，故离开蹦床后上升的最大高度为h＝eq \f(1,2)g·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(t,2)))2＝3.2 m，故C错误，D正确。故选D。
(从速度变化的角度判断)一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是( D )
A．0～t1时间内，v增大，FN>mg
B．t1～t2时间内，v减小，FNC．t2～t3时间内，v增大，FND．t2～t3时间内，v减小，FN>mg
[解析] 根据位移—时间图像的斜率表示速度可知，0～t1时间内乘客的速度增大，乘客向下做加速运动，故加速度向下，乘客处于失重状态，可知FNmg，选项C错误，D正确。
(用超重和失重的观点解题)跳楼机可以使人体验失重和超重(如图所示)。现让升降机将座舱送到距地面H＝78 m的高处，然后让座舱自由下落，落到距地面h＝30 m的位置时开始制动，使座舱均匀减速，座舱落到地面时刚好停下，在该体验中，小明将质量m＝10 kg的书包平放在大腿上(不计空气阻力，g取10 m/s2)。
(1)当座舱静止时，请用所学知识证明书包的重力G与书包对小明大腿的压力大小F相等；
(2)当座舱落到距地面h1＝50 m的位置时，求小明对书包的作用力大小F1；
(3)求跳楼机制动后(匀减速阶段)加速度a的大小；
(4)当座舱落到距地面h2＝15 m的位置时，求小明对书包的作用力大小F2。
[答案] (1)见解析 (2)0 (3)16 m/s2
(4)260 N
[解析] (1)设小明大腿对书包的支持力大小为FN，因为物体处于静止状态，则FN＝G
根据牛顿第三定律有FN＝F，
所以G＝F。
(2)座舱自由下落到距地面h＝30 m的位置时开始制动，所以当座舱距地面h1＝50 m时，书包处于完全失重状态，则有F1＝0。
(3)座舱自由下落高度为H－h＝78 m－30 m＝48 m，座舱开始制动时，已获得速度vm，由运动学公式得veq \\al(2,m)＝2g(H－h)
座舱制动过程做匀减速直线运动，则有veq \\al(2,m)＝2ah，联立可得a＝16 m/s2，
方向竖直向上，故跳楼机制动后(匀减速阶段)加速度a的大小为16 m/s2。
(4)由牛顿第二定律得F2－mg＝ma，代入数据得F2＝260 N，故当座舱落到距地面h2＝15 m的位置时，小明对书包的作用力大小为260 N。
1．对超重和失重的理解
(1)超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了。在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生变化。
(2)在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等。
2．判断超重和失重的方法
(1)从受力的角度判断
当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时，物体处于失重状态；等于零时，物体处于完全失重状态。
(2)从加速度的角度判断
当物体具有向上的(分)加速度时，物体处于超重状态；具有向下的(分)加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度等于重力加速度时，物体处于完全失重状态。
(3)从速度变化的角度判断
①物体向上加速或向下减速时，超重；
②物体向下加速或向上减速时，失重。
【跟踪训练】
(从加速度角度判断)(2024·陕西西安调研)2022年2月8日，在中国北京冬奥会上，自由式滑雪女子大跳台项目，中国选手谷爱凌拿到了一枚宝贵的金牌。这不仅是她本人的首枚奥运金牌，更是中国代表团在本届冬奥会雪上项目的首金。自由滑雪女子空中技巧比赛中比赛场地可简化为如图所示的助滑区、弧形过渡区、着陆区、减速区等组成。若将运动员看作质点，且忽略空气阻力，下列说法正确的是( B )
A．运动员在助滑区加速下滑时处于超重状态
B．运动员在跳离弧形过渡区至着陆区之前的过程中处于完全失重状态
C．运动员在弧形过渡区运动过程中处于失重状态
D．运动员在减速区减速过程中处于失重状态
[解析] 运动员在助滑区加速下滑时，加速度沿斜面向下，加速度在竖直方向的分加速度为竖直向下，处于失重状态，A错误；忽略空气阻力，运动员在跳离弧形过渡区至着陆区之前，在空中只受到竖直向下的重力作用，物体的加速度为竖直向下的重力加速度，处于完全失重状态，B正确；运动员在弧形过渡区做圆周运动，加速度有竖直向上的分量，处于超重状态，C错误；运动员在减速区减速过程中，减速下降，竖直方向的分加速竖直向上，处于超重状态，D错误。
(从受力角度判断)2023年10月2日，杭州亚运会蹦床项目结束女子个人比赛的争夺，中国选手朱雪莹、胡译乘包揽冠亚军。假设在比赛的时候某一个时间段内蹦床所受的压力如图所示，忽略空气阻力，g＝10 m/s2，则以下说法正确的是( D )
A．1.0 s到1.2 s之间运动员处于失重状态
B．1.0 s到1.2 s之间运动员处于超重状态
C．在图示的运动过程中，运动员离开蹦床后上升的最大高度为9.8 m
D．在图示的运动过程中，运动员离开蹦床后上升的最大高度为3.2 m
[解析] 蹦床所受的压力大小与蹦床对运动员的支持力大小相等，可知1.0 s到1.2 s之间蹦床对运动员的支持力逐渐增大，过程为运动开始接触蹦床到到达最低点，根据牛顿第二定律该段过程为运动员先向下加速后向下减速，加速度先向下后向上，先失重后超重，故A、B错误；根据图线可知运动员从离开蹦床到再次接触蹦床的时间为t＝1.6 s，该段时间运动员做竖直上抛运动，故离开蹦床后上升的最大高度为h＝eq \f(1,2)g·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(t,2)))2＝3.2 m，故C错误，D正确。故选D。
(从速度变化的角度判断)一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是( D )
A．0～t1时间内，v增大，FN>mg
B．t1～t2时间内，v减小，FN
[解析] 根据位移—时间图像的斜率表示速度可知，0～t1时间内乘客的速度增大，乘客向下做加速运动，故加速度向下，乘客处于失重状态，可知FN
(用超重和失重的观点解题)跳楼机可以使人体验失重和超重(如图所示)。现让升降机将座舱送到距地面H＝78 m的高处，然后让座舱自由下落，落到距地面h＝30 m的位置时开始制动，使座舱均匀减速，座舱落到地面时刚好停下，在该体验中，小明将质量m＝10 kg的书包平放在大腿上(不计空气阻力，g取10 m/s2)。
(1)当座舱静止时，请用所学知识证明书包的重力G与书包对小明大腿的压力大小F相等；
(2)当座舱落到距地面h1＝50 m的位置时，求小明对书包的作用力大小F1；
(3)求跳楼机制动后(匀减速阶段)加速度a的大小；
(4)当座舱落到距地面h2＝15 m的位置时，求小明对书包的作用力大小F2。
[答案] (1)见解析 (2)0 (3)16 m/s2
(4)260 N
[解析] (1)设小明大腿对书包的支持力大小为FN，因为物体处于静止状态，则FN＝G
根据牛顿第三定律有FN＝F，
所以G＝F。
(2)座舱自由下落到距地面h＝30 m的位置时开始制动，所以当座舱距地面h1＝50 m时，书包处于完全失重状态，则有F1＝0。
(3)座舱自由下落高度为H－h＝78 m－30 m＝48 m，座舱开始制动时，已获得速度vm，由运动学公式得veq \\al(2,m)＝2g(H－h)
座舱制动过程做匀减速直线运动，则有veq \\al(2,m)＝2ah，联立可得a＝16 m/s2，
方向竖直向上，故跳楼机制动后(匀减速阶段)加速度a的大小为16 m/s2。
(4)由牛顿第二定律得F2－mg＝ma，代入数据得F2＝260 N，故当座舱落到距地面h2＝15 m的位置时，小明对书包的作用力大小为260 N。
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