高中物理人教版 (2019)必修 第一册超重和失重测试题

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TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc7579" 【学习目标】 PAGEREF _Tc7579 \h 1
\l "_Tc28015" 【思维导图】 PAGEREF _Tc28015 \h 2
\l "_Tc18327" 【知识梳理】 PAGEREF _Tc18327 \h 2
\l "_Tc14310" 知识点1：重力的测量 PAGEREF _Tc14310 \h 2
\l "_Tc6036" 知识点2：超重和失重 PAGEREF _Tc6036 \h 3
\l "_Tc15507" 【方法技巧】 PAGEREF _Tc15507 \h 5
\l "_Tc14368" 方法技巧1 超重和失重的判断方法 PAGEREF _Tc14368 \h 5
\l "_Tc6607" 方法技巧2 用F-t图像分析超重和失重问题 PAGEREF _Tc6607 \h 6
\l "_Tc22912" 【巩固训练】 PAGEREF _Tc22912 \h 9
【学习目标】
1．认识超重和失重现象，理解超重和失重的含义。
2．掌握超重和失重的产生条件，明确加速度方向与超重、失重状态的对应关系。
3．能运用牛顿第二定律分析超重和失重状态下物体的受力与加速度关系。
4．认识超重和失重现象在生活中的应用。
重点：
1．超重和失重的物理含义及判断。
2．加速度方向与超重、失重状态的对应关系。
3．运用牛顿第二定律分析超重和失重现象的核心逻辑。
难点：
1．完全失重现象的本质理解。
2．超重和失重现象有关的图像分析。
【思维导图】
【知识梳理】
知识点1：重力的测量
1．重力的两种常用测量方法
（1）方法一：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重力为。
（2）方法二：利用力的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。这是测量重力最常用的方法。
2．实重和视重
（1）实重：物体实际所受的重力，物体所受的重力不会因为物体运动状态的变化而变化。
（2）视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对测力计的拉力或对测力计（或台秤）的压力将不等于物体的重力，此时测力计（或台秤）的示数叫物体的视重。
因为当物体竖直方向有加速度时视重不再等于实重，所以我们用弹簧测力计测物体的重力时，应在物体静止或匀速运动时进行。
重力与质量的区别
1、重力是地球对物体的吸引，而质量是物质的基本属性，不能把物体的轻重（即物重）与物体含有物质的多少（质量）混为一谈。
2、重力与物体的位置、距地面高度等有关，而质量不随位置、运动状态的变化而变化。
3、质量的测量工具是天平，重力的测量工具是测力计。
【典例1】下列关于重力的说法，正确的是（ ）
A．物体对悬线的拉力一定等于物体所受的重力
B．物体对水平支持面的压力一定等于物体的重力
C．重力可以由弹簧秤测出，弹簧秤的示数一定等于重力的大小
D．站在匀速运动的电梯中的人，受到的重力和水平底面给他的支持力相平衡
知识点2：超重和失重
1．超重现象
（1）定义：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，即此时视重大于实重。
（2）产生条件：物体具有竖直向上的加速度。
（3）本质：当物体具有竖直向上的加速度时，根据牛顿第二定律可知F－mg＝ma，即F＝m（g＋a）＞mg；由牛顿第三定律知，此时物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体的重力。
（4）运动形式：向上加速运动或向下减速运动。
2．失重现象
（1）定义：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，即此时视重小于实重。
（2）产生条件：物体具有竖直向下的加速度。
（3）本质：当物体具有竖直向下的加速度时，根据牛顿第二定律可知mg－F＝ma，即F＝m（g－a）＜mg；由牛顿第三定律可知，此时物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体的重力。
（4）运动形式：向上减速运动或向下加速运动。
3．完全失重
（1）定义：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象，即此时视重为零。
（2）产生条件：加速度a = g，方向竖直向下。
（3）现象：在完全失重状态下，平时一切由重力产生的物理现象都将完全消失，比如物体对支持它的物体无压力、摆钟停止摆动、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等，靠重力才能使用的仪器将失效（如天平、液体气压计等）。
4．平衡、超重、失重和完全失重的比较
1、超重和失重状态下，物体在竖直方向上受到的合力不为零。
2、物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在，大小也没有变化，只是“视重”发生了改变。
3、超重或失重现象与物体速度的大小和方向无关，只决定于加速度的方向。
4、当物体具有竖直向上的加速度分量时，也属于超重；物体具有竖直向下的加速度分量时，也属于失重。
【典例2】下列关于超重和失重的说法中，正确的是（ ）
A．物体处于超重状态时，其重力增加了
B．物体处于失重状态时，其重力减小了
C．物体处于超重或失重状态时，其质量发生了改变
D．物体处于超重或失重状态时，其质量及受到的重力都没有变化
【变式1】小军在校秋季运动会上跳过了1.8 m的高度，夺得了男子组跳高冠军。则小军（ ）
A．在下降过程中处于失重状态
B．在离地后的上升过程中处于超重状态
C．起跳过程中，地面对他的平均支持力等于他的重力
D．起跳过程中，地面对他的平均支持力小于他的重力
【变式2】一个年轻人在以加速度a＝2 m/s2加速上升的升降机里最多能举起质量为m＝50 kg的重物，问当升降机以同样的加速度减速上升时，该年轻人能最多举起的重物m′的质量为（ ）（取）
A．50 kgB．100 kg
C．75 kgD．125 kg
【变式3】在一个盛水的杯中，用固定在杯底的弹簧拉住一个密度比水小的木球，如图所示，当杯子自由下落时，弹簧将（ ）
A．变为压缩状态B．更加伸长
C．等于其自然长度D．长度与杯子静止时一样
【方法技巧】
方法技巧1 超重和失重的判断方法
1、物体所受的压力（拉力、支持力等）与重力的关系：若，物体超重；若，物体失重。
2、加速度方向：加速度（或加速度分量）向上，物体超重；加速度（或加速度分量）向下，物体失重。
【典例3】“单人蹦极”是游乐园里深受孩子们喜爱的游乐项目，其原理可简化为如图所示，两根相同的弹性绳一端分别系于固定杆的A、B处，另一端系在游玩者身体上。游玩者在C位置时弹性绳恰好为原长，D位置是游玩者运动的最低点，E位置是游玩者运动的最高点，不计空气阻力。游玩者从D位置到E位置的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．在D位置时，游玩者的加速度为0
B．在E位置时，游玩者的加速度为0
C．从D位置至C位置的过程，游玩者始终处于超重状态
D．从C位置至E位置的过程，游玩者始终处于失重状态
【变式1】某科技体验馆推出“火星登陆模拟舱”体验项目，一质量为的游客进入舱内体验模拟升空过程，在启动加速阶段模拟舱以的加速度竖直向上加速，取。关于启动加速阶段，下列说法正确的是（ ）
A．该游客对座椅的压力为，处于失重状态
B．该游客对座椅的压力为，处于失重状态
C．该游客对座椅的压力为，处于超重状态
D．该游客对座椅的压力为，处于平衡状态
【变式2】如图所示，在跳板跳水比赛中，运动员的起跳过程可简化为：运动员将跳板顶端从水平位置 B 压到最低点 C后向上弹起，直到最高点 A，然后运动员完成规定动作落入水中，不计空气阻力，关于运动员，下列说法正确的是（ ）
A．在C点时，加速度为0
B．在B点时，加速度为0
C．从B到A过程中，始终处于失重状态
D．从C到B过程中，始终处于超重状态
【变式3】（多选）蹦极是一项极限体育项目。运动员从高处跳下，当弹性绳被拉直后，在弹性绳的缓冲作用下，运动员下降速度先增大再减小直至为零。下列描述正确的是（ ）
A．运动员加速下降阶段处于超重状态
B．运动员加速下降阶段处于失重状态
C．运动员减速下降阶段所受绳的拉力大于自身重力
D．运动员减速下降阶段所受绳的拉力小于自身重力
方法技巧2 用F-t图像分析超重和失重问题
人站在力传感器上完成下蹲动作。观察计算机采集的图线。图1呈现的是某人下蹲过程中力传感器的示数随时间变化的情况。图2显示的是某人站在力传感器上，先“下蹲”后“站起”过程中力传感器的示数随时间的变化情况。
下蹲动作包含失重和超重两个过程，先是加速下降，处于失重状态，到达最大速度后再减速下降，处于超重状态，即先处于失重状态再处于超重状态；同理，起立动作也包含两个过程，先加速上升，处于超重状态，后减速上升，处于失重状态。
1、判断运动状态
由图2可知，a、b、c、d、e、f时刻，人对传感器的压力等于重力500N，物体处于平衡状态；A、D时刻，人对传感器的压力小于重力，所以人处于失重状态；B、C时刻，人对传感器的压力大于重力，所以人处于超重状态。
2、加速度的计算
例如，在A时刻，人对传感器的压力等于200N，由牛顿第三定律可知，传感器对人的支持力也为200N，由牛顿第二定律，人在A时刻的加速度大小为6m/s2，方向竖直向下。
【典例4】以竖直向上为正方向，某同学乘电梯开始下楼的加速度a随时间t变化的图线如图所示，则该同学（ ）
A．0~4s内处于超重状态
B．7~10s内处于失重状态
C．t =4s时速度最大
D．4~7s内处于静止状态
【变式1】如图甲所示，某同学站在体重计上观察超重与失重现象。由稳定的站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程，由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程。他稳定站立时，体重计的示数为。关于实验现象，下列说法正确的是（ ）
A．“起立”过程中，先出现失重现象，后出现超重现象
B．“下蹲”过程中，支持力可能出现小于压力的情况
C．“起立”和“下蹲”过程都出现了超重和失重现象
D．图乙记录的是他完成三次“蹲起”的过程
【变式2】（多选）蹦床属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。某次比赛过程中，一运动员做蹦床运动时，利用力传感器测得运动员所受蹦床弹力F随时间t的变化图像如图所示。若运动员仅在竖直方向运动，不计空气阻力，取重力加速度大小g=10m/s2。依据图像给出的信息，下列说法正确的是 （ ）
A．运动员的质量为60kg
B．运动员的最大加速度为45m/s2
C．运动员离开蹦床后上升的最大高度为5m
D．9.3s至10.1s内，运动员一直处于超重状态
【变式3】在升降电梯的水平地板上放一电子秤，如图甲所示，某同学站在电子秤上，电梯静止时电子秤的示数为。时刻电梯由静止开始下降，时间内电子秤示数随时间的变化图像如图乙所示，重力加速度，求：
（1）内该同学速度的最大值；
（2）内加速下降的位移大小和匀速下降的位移大小；
（3）内电梯运动的距离。
【巩固训练】
1．2025年9月3日上午，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会在北京天安门广场隆重举行。如图，一架歼-20S战斗机在空中进行飞行表演，则（ ）
A．表演过程中，可以将战斗机视为质点
B．无论以谁为参考系，飞行员都是运动的
C．战斗机向上爬升时，飞行员一定处于失重状态
D．战斗机向上爬升时，飞行员可能处于超重状态
2．假如哪吒飞行全靠脚下的风火轮，如图所示，哪吒（含装备）在风火轮作用下沿竖直方向匀速上升一定高度后减速上升直至速度为零，然后水平向右匀加速移动一段距离，空气阻力忽略不计。下列说法中正确的是（ ）
A．匀速上升时，哪吒处于完全失重状态
B．减速上升时，哪吒处于超重状态
C．水平匀加速移动过程中，风火轮对哪吒作用力方向斜向右上方
D．水平匀加速移动过程中，风火轮对哪吒作用力方向竖直向上
3．科学研究表明，一般人在超重状态下加速度达到左右时，就会出现黑视现象，短暂失去视觉。某同学想了解自身的承受能力，她站在力传感器上采集了如图所示图线，取，对于本次实验以下说法正确的是（ ）
A．失重的最大加速度为
B．她先下蹲，后站起
C．超重阶段该同学重力变大
D．她能站起来是因为地面给的支持力大于她对地面的压力
4．如图所示，一个圆形水杯底部有一小孔，用手指堵住小孔，往杯子里倒半杯水。手指松开后，下列方式可以使水流出的是（不考虑杯子转动及空气阻力）（ ）
A．匀速运动B．竖直向下抛出
C．斜向上抛出D．静止释放
5．一个质量为60kg的人为了研究失重和超重现象，他在竖直升降的电梯内的水平地板上放置一个台秤，当电梯运动时他发现台秤的读数一段时间为603 N，g取。则这段时间电梯的运动情况可能是（ ）
A．以加速度加速上升B．以加速度减速下降
C．以加速度加速下降D．以加速度减速下降
6．小强同学站在被放入电梯中的体重秤上，静止时秤的示数为60kg。电梯从一楼启动，竖直向上运动到八楼停止，然后从八楼返回一楼，在这个过程中，可能看到的现象是（ ）
A．从一楼出发时，秤的示数为55kg
B．快到八楼时，秤的示数为60kg
C．快回到一楼时，秤的示数为65kg
D．匀速下降过程中，秤的示数为65kg
7．在电梯内放一体重计，电梯静止时，晓敏站在体重计上，体重计示数为，电梯运动过程中，某一段时间内晓敏发现体重计示数如图所示，g取，在这段时间内下列说法正确的是（ ）
A．晓敏所受的重力变小了
B．晓敏对体重计的压力小于体重计对晓敏的支持力
C．电梯一定竖直向上运动
D．电梯的加速度大小为，方向一定竖直向下
8．为了研究超重和失重现象，某同学站在力传感器上做连续“下蹲”和“站起”的动作，力传感器将采集到的数据输入计算机，、、为图线上的三点，下列有关图线的说法可能正确的是（ ）
A．为一次“下蹲”过程
B．为一次“站起”过程
C．为“下蹲”过程，为“站起”过程
D．为“站起”过程，为“下蹲”过程
9．模拟失重环境的实验舱，通过电磁弹射从地面由静止开始加速后竖直向上射出，上升到最高点后回落，再通过电磁制动使其停在地面。实验舱在运动过程中，受到的空气阻力的大小随速率增大而增大，随时间的变化如图所示（向上为正）。下列说法正确的是（ ）
A．从到，实验舱内物体处于超重状态
B．从到，实验舱加速度大小增大
C．时刻，实验舱到达最高点
D．从到，实验舱内物体处于失重状态
10．升降机在向上提升货物的过程中速度随时间变化的图像如图所示，则货物在、、、四点处于失重状态的是（ ）
A．B．C．D．
11．某运动员在10米跳台比赛中，跳水过程从离开跳板开始计时，图像如图所示，图中仅段为直线，不计空气阻力，则由图可知（ ）
A．段运动员处于失重状态B．段运动员的速度方向保持不变
C．段运动员一直处于超重状态D．段运动员的加速度逐渐增大
12．（多选）一个人在以匀加速下降的升降机中最多能举起质量为75kg的物体，那么：
A．该人在地面上可以举起质量为50kg的物体．
B．该人在地面上最多可以举起质量为90kg的物体．
C．若该人在升降机中最多可以举起质量为50kg的物体，则升降机一定是以的加速度匀加速上升．
D．若该人在升降机中最多可以举起质量为50kg的物体，则升降机可能是以的加速度匀减速下降．
13．（多选）中国无人机表演技术处于全球领先地位，2025年6月以11787架无人机刷新了“最多无人机组成的空中图案”吉尼斯世界纪录。某测试员应用无人机搭载的加速度传感器进行飞行测试。图甲为在测试软件中设定的x、y、z轴的正方向，其中z轴沿竖直方向，无人机开始时沿y轴负方向匀速飞行，时刻起该同学进行变速操作，软件生成了图乙中三个维度的（加速度—时间）图像，可以推断2s~4s的时间内无人机（ ）
A．处于超重状态B．沿x轴方向一直加速
C．沿y轴方向一直加速D．沿z轴方向减速上升
14．（多选）某同学站在力传感器上做“下蹲”和“起立”动作，在一次完整的“下蹲”和“起立”过程中，力传感器显示力随时间变化的规律如图所示，则关于该同学的下蹲过程，下列说法正确的是（ ）
A．先超重后失重
B．先失重后超重
C．加速度先减小后增大，再减小再增大
D．加速度先增大后减小，再增大再减小
15．一个质量M为60kg的人，站在竖直向上运动着的升降机地板上。他看到升降机上一个挂着重物的弹簧秤的示数为40N，如图所示，该重物的质量m为5kg。求：
（1）判断重物是超重还是失重？重物的加速度的大小？
（2）这时人对升降机地板的压力是多大？（g取10m/s2）
16．巴黎奥运会上，我国举重运动员刘焕华打破奥运会纪录获冠军，刘焕华还在2024年4月8日于泰国普吉岛举行的举重世界杯上以挺举233公斤的成绩创造新的世界纪录。如果在稳定运行的升降机中，重力加速度取。求（计算结果保留一位小数）
（1）当升降机以的加速度匀加速上升，刘焕华挺举的最好成绩将是多少；
（2）当升降机以的加速度匀加速下降，刘焕华挺举的最好成绩将是多少。
17．如图，质量为60kg的人站在升降机中的体重计上，重力加速度g取，当升降机做下列各种运动时，求体重计的示数。
（1）以的加速度减速上升；
（2）以的加速度减速下降。
18．如图所示，位于张家界武陵源风景名胜区的百龙天梯，修建于垂直的悬崖峭壁之上，垂直落差三百多米，是世界上最高的电梯之一（为方便计算，假设该电梯的高度为）。一名游客将一块电子秤（显示受到的压力大小，单位：N）放在电梯的水平地板上，自己站在电子秤上，通过电子秤的示数结合自己的体重去了解电梯运行时加减速的情况。已知电梯从地面静止开始，竖直向上匀加速运动，接着匀速运动，最后匀减速运动到达电梯的最高点，到达电梯的最高点时电梯速度刚好减为零；在匀减速阶段，电子秤的示数为“591”。电梯可看作质点，重力加速度取，求：
（1）电梯运行过程中最大速度的大小；
（2）该游客的质量；
（3）匀加速阶段，电子秤的示数。
加速度
重力mg与
视重F的关系
运动情况
图示
平衡
a = 0
静止或匀速直线运动
超重
加速度向上
，
则
向上加速或向下减速运动
失重
加速度向下
，
则
向下加速或向上减速运动
完全失重
a = g
F = 0
自由落体运动、抛体运动