物理超重和失重学案设计

这是一份物理超重和失重学案设计，共11页。
考向1 超重与失重的理解
1．重力与视重
(1) 重力：地面附近的物体由于地球的吸引而受到的力．物体所受重力不会因物体运动状态的改变而变化．
(2) 视重：弹簧测力计或台秤的示数，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力．
2．平衡、超重、失重和完全失重的比较
(2024·大湾区期末联考)(多选)如图所示，电梯内的水平桌面上有一台秤，上面放一重物．电梯静止时，台秤的示数为10 N，在某时刻，电梯中的人观察到台秤的示数变为8 N，台秤和重物始终相对于电梯静止，由此可判断( AD )
A．电梯可能正在向下运动
B．电梯不可能正在向上运动
C．电梯的加速度方向可能向上
D．电梯的加速度方向一定向下
解析：电梯静止时，台秤的示数为10 N，在某时刻，电梯中的人观察到台秤的示数变为8 N，可知此时重物处于失重状态，加速度方向向下，则电梯的加速度方向一定向下，电梯可能正在向下加速运动，也可能正在向上减速运动，故选A、D．
如图所示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，取g＝10 m/s2．，下列说法中正确的是( A )
A．从a到b过程，人的加速度方向向下
B．从a到b过程，人的重力先减小，后增大
C．下蹲过程中人处于失重状态
D．6 s内该同学做了2次下蹲—起立的动作
解析：从a到b过程，人处于失重状态，人的加速度方向向下，A正确；无论下蹲还是起立，人的重力都不会发生变化，B错误；下蹲和起立过程都有超重和失重现象，下蹲先失重，后超重，起立先超重，后失重，故6 s内该同学做了1次下蹲—起立的动作，C、D错误．
判断超重、失重状态的方法
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，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态．
2．从加速度的角度判断：当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为g时处于完全失重状态．
3．注意：超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关．
考向2 超重、失重问题的求解
超重和失重问题实质上就是牛顿第二定律应用的延续，解题时仍应抓住加速度这个关键量．具体方法是：
(1) 分析物体运动的加速度方向．
(2) 判断物体处于超重(或失重)状态．
(3) 利用牛顿第二定律分析和求解．
在电梯中，把一重物置于台秤上，台秤与力传感器相连，当电梯从静止起加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后停止运动时，传感器的荧屏上显示出其受的压力F与时间t的关系图像如图所示，取g＝10 m/s2，求：
(1) 该物体的质量．
(2) 电梯在超重和失重时的最大加速度．
答案：(1) 3 kg
(2) 6.67 m/s2，方向竖直向上 6.67 m/s2，方向竖直向下
解析：(1) 根据题意，5～22.5 s物体随电梯一起匀速运动，根据共点力平衡的条件知，压力和重力相等，即G＝30 N
则物体质量为m＝ eq \f(G,g)＝3 kg
(2) 由题图知物体超重时，物体受到的支持力最大值为50 N，由牛顿第二定律得F－mg＝ma1
解得a1＝ eq \f(50－30,3) m/s2≈6.67 m/s2，方向竖直向上
物体失重时，受到的支持力最小值为10 N，由牛顿第二定律得mg－F＝ma2
解得a2＝ eq \f(30－10,3) m/s2≈6.67 m/s2，方向竖直向下
1．(2025·肇庆期末)(多选)2024年10月30日凌晨，“神舟十九号”载人飞船从酒泉卫星发射中心发射升空，三名航天员随飞船一起前往中国空间站开展为期半年的太空科研工作．下列说法中正确的是( BD )
A．加速起飞时航天员的惯性增大
B．加速起飞时航天员处于超重状态
C．在空间站内，航天员不受重力
D．在空间站内，航天员处于完全失重状态
解析：加速起飞时航天员质量不变，惯性不变，A错误；加速起飞时航天员加速度向上，处于超重状态，B正确；重力是由地球的吸引而产生的，在空间站内，航天员仍受重力，C错误；在空间站内，航天员处于完全失重状态，D正确．
2．(2024·深圳龙华期末改编)如图甲所示，一重物放在电梯内的压力传感器上，传感器可测出重物对它的压力F．在t＝0时刻电梯由静止开始竖直上升，t＝22 s时停止运动．传感器示数F与时间t的关系如图乙所示，取g＝10 m/s2．则( B )
甲
乙
A．4～18 s电梯处于静止状态
B．0～4 s重物处于超重状态
C．18～22 s电梯做加速运动
D．从图中可求出重物质量为2 kg
解析：0～4 s重物受到的支持力大于重力，重物有向上的加速度，重物处于超重状态，B正确；0～4 s 重物做加速运动，4 s末重物速度不为零，4～18 s电梯受力平衡，做匀速直线运动，A错误；18～22 s重物受到的支持力小于重力，重物有向下的加速度，电梯做减速运动，C错误；从图中可求出重物质量为m＝ eq \f(G,g)＝ eq \f(12,10) kg＝1.2 kg，D错误．
3．(2025·大湾区期末)(多选)如图所示，质量为60 kg的人站在升降机中的体重计上，体重计的读数用M表示，取g＝10 m/s2，下列说法中正确的有( AB )
A．升降机以1 m/s2的加速度加速上升时，人处于超重状态
B．升降机以1 m/s2的加速度减速上升时，M为54 kg
C．升降机以1.5 m/s2的加速度加速下降时，人处于超重状态
D．升降机以1.5 m/s2的加速度减速下降时，M为51 kg
解析：升降机以1 m/s2的加速度加速上升时，加速度向上，则人处于超重状态，A正确；升降机以1 m/s2的加速度减速上升时，加速度向下，人处于失重状态，则mg－F＝ma，解得F＝540 N，可知M为54 kg，B正确；升降机以1.5 m/s2 的加速度加速下降时，加速度向下，人处于失重状态，C错误；升降机以1.5 m/s2的加速度减速下降时，加速度向上，人处于超重状态，则F－mg＝ma，解得F＝690 N，可知M为69 kg，D错误．
1．(多选)升降机地板上放一木箱，重力为G＝50 N．当它对地板的压力F＝40 N时，升降机可能做的运动是( AD )
A．加速下降B．静止
C．匀速下降D．减速上升
解析：由牛顿第三运动定律可知，木箱受到的支持力为40 N，对木箱受力分析可知，木箱受到的重力大于支持力，即木箱的合力向下，由牛顿第二运动定律可知，木箱的加速度向下，所以木箱可能加速下降，也可能减速上升．故选A、D．
2．(多选)如图所示，某同学站在体重计上称重，若把“下蹲”和“起立” 过程均简化成先加速，后减速的过程，则下列说法中正确的是( AC )
A．“下蹲”过程中体重计的示数先减小，再增大
B．“下蹲”过程中体重计的示数先增大，再减小
C．“起立”过程中体重计的示数先增大，再减小
D．“起立”过程中体重计的示数先减小，再增大
解析：下蹲过程中，人先向下做加速运动，后向下做减速运动，所以先处于失重状态，后处于超重状态；所以“下蹲”过程中体重计的示数先减小，再增大；人从下蹲状态起立的过程中，先向上做加速运动，后向上做减速运动，最后回到静止状态，人先处于超重状态，后处于失重状态，所以“起立”过程中体重计的示数先增大，再减小，A、C正确．
3．(2025·潮州期末)如图所示为商场中常见的两种电梯，甲是扶梯，乙是直梯．某乘客分别乘坐不同的电梯上楼(乘客相对电梯静止)，则当电梯都加速上升时(加速度方向如图所示)，下列说法中正确的是( A )
甲
乙
A．甲电梯上的乘客处于超重状态
B．乙电梯中的乘客处于失重状态
C．甲电梯上的乘客受到的支持力与重力平衡
D．甲、乙电梯中的乘客都受到重力、支持力和摩擦力的作用
解析：将甲电梯上的乘客的加速度沿水平方向和竖直方向分解，得到竖直向上的分加速度和水平向左的分加速度，故乘客处于超重状态，所受支持力大于重力，受到重力、支持力和摩擦力的作用；乙电梯中的乘客加速度竖直向上，处于失重状态，只受到重力、支持力的作用，故选A．
4．(2024·肇庆期末质检)2023年10月26日，“神舟十七号”载人飞船发射任务取得圆满成功，并与空间站成功对接．如图所示，火箭正在竖直方向加速上升，下列说法中正确的是( A )
A．火箭在竖直方向加速上升的过程中，宇航员处于超重状态
B．若火箭竖直上升的加速度逐渐减小，则喷出的热气流对火箭的作用力小于火箭的重力
C．若火箭竖直上升的加速度逐渐减小，则宇航员对座椅的压力小于自身重力
D．空间站绕地球运行时，宇航员处于完全失重状态，宇航员的重力消失了
解析：火箭加速上升的过程中，宇航员处于超重状态，A正确；若火箭竖直上升的加速度逐渐减小，但加速度方向仍竖直向上，火箭喷出的热气流对火箭的作用力大于火箭的重力，宇航员对座椅的压力大于自身重力，B、C错误；空间站绕地球运行时，宇航员处于完全失重状态，宇航员只受重力，D错误．
5．(2025·揭阳期末)(多选)如图所示，家用楼梯升降椅可以沿着倾斜的直轨道运动，方便行动困难的老人上下楼．下列说法中正确的是( BC )
A．升降椅加速上升时，人处于失重状态
B．升降椅减速上升时，人处于失重状态
C．升降椅匀速上升时，升降椅对人的作用力竖直向上
D．升降椅加速上升时，升降椅对人的作用力沿楼梯斜向上
解析：升降椅加速上升时，加速度向上，人处于超重状态，A错误；当升降椅减速上升时，加速度向下，人处于失重状态，B正确；当升降椅匀速上升时，人处于平衡状态，升降椅对人的力与人受到的重力平衡，竖直向上，C正确；升降椅加速上升时，升降椅对人的作用力为支持力和摩擦力，合力斜向上，但不沿楼梯，因为升降椅对人的支持力、摩擦力和人的重力三个力的合力才沿楼梯向上，D错误．
6．用体重计研究运动与力的关系，测量者先静止站在体重计上，然后完成下蹲动作．该过程中体重计示数的变化情况如图所示，则( D )
A．测量者经历了加速、减速、再加速、再减速四个阶段
B．测量者在t3时刻速度最小
C．测量者在t4时刻加速度最小
D．测量者在t1 ～t2时间内处于失重状态
解析：体重计示数与受支持力大小相等，支持力先小于重力，后大于重力，故先失重，后超重，先加速下降，后减速下降，A错误；测量者在t3时刻之前，合力一直向下，向下加速，t3时刻速度最大，B错误；测量者在t4时刻合力最大，根据牛顿第二定律可知，加速度最大，C错误；测量者在t1～t2时间内处于失重状态，因为支持力小于重力，合力向下，加速度向下，D正确．
7．物理老师在课堂上将一张薄面纸夹在一本厚书的最下层两个页面之间，并将其静置于桌面上，要求学生抽出面纸，结果面纸总被拉断．然后物理老师给学生表演一项“绝活”——手托该书让其运动并抽出了面纸，则该书可能( D )
A．水平向右匀速运动
B．水平向左匀速运动
C．向上加速运动
D．向下加速运动
解析：静置于桌面上时薄面纸容易被拉断，因为薄面纸能够承受的最大拉力小于其最大的静摩擦力，最大静摩擦力和正压力成正比，老师是通过减小书对薄面纸的压力来实现的．水平向右匀速运动或者水平向左匀速运动，都不能够减小书对薄面纸的压力，A、B错误；向上加速运动，加速度方向向上，书处于超重状态，对薄面纸的压力增大，C错误；向下加速运动，加速度方向向下，书处于失重状态，对薄面纸的压力减小，D正确．
8．某人在地面上最多能举起60 kg的重物，要使此人在升降机中最多能举起100 kg的重物，取g＝10 m/s2，则下列说法中可能正确的是( B )
A．升降机正加速上升，加速度大小为4 m/s2
B．升降机正加速下降，加速度大小为4 m/s2
C．升降机正减速下降，加速度大小为2.5 m/s2
D．升降机正减速上升，加速度大小为2.5 m/s2
解析：某人在地面上最多能举起60 kg的物体，则知此人的最大举力为F＝mg＝60×10 N＝600 N，在升降机中，对重物根据牛顿第二定律有m′g－F＝m′a，解得a＝g－ eq \f(F,m′)＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(10－\f(600,100))) m/s2＝4 m/s2，方向竖直向下，故升降机应减速上升或加速下降，加速度大小为4 m/s2，B正确．
9．(多选)在一电梯的地板上有一压力传感器，其上放一重力为20 N的物块，如图甲所示，当电梯运行时，传感器示数大小随时间变化的关系图像如图乙所示．下列说法中正确的是( BC )

A．从时刻t1到t2，物块处于失重状态
B．从时刻t3到t4，物块处于失重状态
C．电梯可能开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层
D．电梯可能开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层
解析：由题图可以看出，0～t1，F＝mg，物块可能处于静止状态或匀速运动状态；t1～t2，F＞mg，电梯具有向上的加速度，物块处于超重状态，可能加速向上或减速向下运动；t2～t3，F＝mg，物块可能静止或匀速运动；t3～t4，F＜mg，电梯具有向下的加速度，物块处于失重状态，可能加速向下或减速向上运动．综上分析可知B、C正确．
10．当地时间2023年1月28日，法国鲁贝进行的撑杆跳高专项赛中，中国选手姚捷以5米75的成绩夺得男子组亚军，刷新室内撑杆跳个人最好成绩．姚捷撑杆跳高过程可以简化成持竿助跑、撑杆起跳上升到最高点、越杆、下落四个阶段．下列说法中正确的是( A )

A．姚捷在撑杆起跳上升到最高点过程中先超重，后失重
B．姚捷在撑杆起跳上升到最高点过程中先失重，后超重
C．姚捷在撑杆起跳上升到最高点过程中一直处于超重状态
D．姚捷在最高点越杆时处于平衡状态
解析：在撑杆上升开始阶段加速度的方向向上，姚捷处于超重状态，在上升的最后阶段加速度的方向向下，姚捷处于失重状态，A正确，B、C错误；姚捷上升到最高点时，其加速度不为零，方向向下，姚捷处于失重状态，不是平衡状态，D错误．
11．(多选)如图所示，小球B放在真空容器A内，球B的直径恰好等于正方体A的棱长，将它们以初速度v0竖直向上抛出，下列说法中正确的是( CD )
A．若不计空气阻力，上升过程中，A对B有向上的支持力
B．若考虑空气阻力，上升过程中，A对B的压力向上
C．若考虑空气阻力，下落过程中，B对A的压力向下
D．若不计空气阻力，下落过程中，B对A没有压力
解析：将容器以初速度v0竖直向上抛出后，若不计空气阻力，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律得加速度为g，再以容器A为研究对象，上升和下落过程其所受合力等于其重力，则B对A没有压力，A对B也没有支持力，故A错误，D正确；若考虑空气阻力，上升过程，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律知加速度大于g．再以球B为研究对象，根据牛顿第二定律得B受到的合力大于重力，B除受到重力外，还应受到向下的压力，A对B的压力向下，故B错误；若考虑空气阻力，下落过程，以整体为研究对象，根据牛顿第二定律知加速度小于g，再以B为研究对象，根据牛顿第二定律得B受到的合力小于重力，B除受到重力外，还应受到向上的力，即A对B的支持力向上，根据牛顿第三定律，B对A的压力向下，故C正确．
核心
目标
1．认识超重和失重现象，能发现、分析超重和失重现象产生的条件及发生的原因，理解超重和失重现象的本质．
2．了解超重和失重现象在各个领域中的应用，能解释生活中的超重和失重现象．
特征状态
加速度
视重(F)与重力的关系
运动情况
受力图
平衡
a＝0
F＝mg
静止或匀速直线运动
超重
竖直向上或有竖直向上的分量
由F－mg＝ma得F＝m(g＋a)＞mg
竖直向上加速或竖直向下减速
失重
竖直向下或有竖直向下的分量
由mg－F＝ma得F＝m(g－a)＜mg
竖直向下加速或竖直向上减速
完全
失重
a＝g
F＝0
自由落体运动