专题6 超重和失重(含答案)--2025版动力学中的九类常见模型精讲精练讲义

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【知识精讲】
1．重力与视重
(1)重力：物体所受重力不会因物体运动状态的改变而改变。
(2)视重：当物体竖直悬挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”，大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力。
2．超重
(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。
(2)产生条件：物体具有向上的加速度。
3．失重
(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。
(2)产生条件：物体具有向下的加速度。
4．完全失重
(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的状态。
(2)产生条件：a＝g，且方向竖直向下。
【方法归纳】
1. 超重和失重的理解与判断
(1)当视重与物体的重力不同时，即发生了超重或失重现象。
(2)判断物体超重与失重的方法
①从受力的角度判断：
超重：物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力。
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：
当物体的加速度方向向上(或竖直分量向上)时，处于超重状态。
当物体的加速度方向向下(或竖直分量向下)时，处于失重状态。
[特别提醒] （1）在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会消失，比如单摆停止摆动、液体对器壁没有压强、浸在液体中的物体不受浮力等。工作原理与重力有关的仪器也不能再使用，如天平、液体气压计等。
(2)超重、失重与物体的运动方向即速度方向无关。
2. 解决超重、失重问题的基本方法
(1)明确研究对象，进行受力分析。
(2)判断加速度的方向，并建立合理的坐标轴。
(3)应用牛顿第二定律列出方程。
(4)代入数据求解，必要时进行讨论。
【典例精析】
【典例】. .(2024广东中山高一期末)引体向上是高中学生体质健康标准的测试项目之一，如图甲所示，质量为的某同学，双手抓住单杠做引体向上，在竖直向上运动过程中，其重心的速度随时间变化的图像如图乙所示，取，由图像可知，下列说法正确的是( )
A. 时，他的加速度约为
B. ，他的位移约为
C. 时，他正处于失重状态
D. 时，他受到单杠的作用力大小为
【解析】
图像的斜率表示加速度，内内图像近似一条直线，可认为，内学生做匀加速运动，时，他的加速度约为
故A正确；
图像与坐标轴围成的面积表示位移，，他的位移约为
故B正确；
时，图像的斜率为负，他的加速度方向向下，正处于失重状态，故C正确；
时，根据牛顿第二定律
解得
故D错误｡
【答案】ABC
【模拟题精练】
1. （2024河北邯郸一模）生活中有很多跟物理相关的问题，我们可以利用所学知识对这些问题进行分析，例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，最后静止（物体始终没有离开手）。关于物体的运动分析正确的是（ ）
A. 物体所受支持力始终大于重力，物体始终处于超重状态
B. 物体一直向上运动，所以不会出现失重状态
C. 物体所受支持力始终对物体做正功
D. 物体的机械能不变
【参考答案】C
【名师解析】
平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，最后静止，可知物体先向上做加速运动，加速度向上，物体所受支持力大于重力，物体处于超重状态，后向上做减速运动，加速度向下，物体所受支持力小于重力，物体处于失重状态，故AB错误；
物体所受支持力方向与运动方向相同，为竖直向上，可知物体所受支持力始终对物体做正功，故C正确；
物体的动能不变，重力势能增大，故物体的机械能增大，故D错误。
2 . (2024山西晋城期末)如图所示是山西八泉峡的观光电梯，该电梯依山体竖直而建，最大运行速度为4m/s。电梯先由静止加速，再匀速，最后减速到停止，让乘客在208m的运动过程中欣赏山谷美景。以下说法正确的是（ ）
A. 电梯加速上升过程中，乘客重力变大
B. 电梯减速下降过程中，乘客重力变小
C. 电梯加速下降过程中，乘客处于超重状态
D. 电梯减速上升过程中，乘客处于失重状态
【参考答案】D
【名师解析】．电梯加速上升过程中，乘客重力不变，选项A错误；
电梯减速下降过程中，乘客重力也不变，选项B错误；
电梯加速下降过程中，加速度向下，则乘客处于失重状态，选项C错误；
电梯减速上升过程中，加速度向下，则乘客处于失重状态，选项D正确。
3. （2024云南靖江重点高中期初测试） 如图所示，一个盛水的容器底部有一小孔。静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，则（ ）

A. 容器自由下落时，小孔向下漏水
B. 将容器竖直向上抛出，容器向上运动时，小孔向下漏水；容器向下运动时，小孔不向下漏水
C. 将容器竖直向上抛出，不管是容器向上运动，还是向下运动，小孔都向下漏水
D. 将容器竖直向上抛出，不管是容器向上运动，还是向下运动，小孔都不向下漏水
【参考答案】D
【名师解析】
无论是让容器自由下落，还是竖直上抛，水和容器都是处于完全失重状态，运动情况相同。所以不管怎样，水都不会漏下来，所以ABC错误，D正确。
4. (2024陕西宝鸡期末) 蹦床是一项运动员利用从蹦床反弹中表现杂技技巧的一项竞技运动，它属于体操运动的一种。如图所示，已知该运动员以大小为8m/s的初速度竖直向上离开蹦床，重力加速度大小为g（），若不计空气阻力，运动员可视为质点，从离开蹦床算起，则下列说法不正确的是（ ）
A. 运动员在空中处于完全失重状态
B. 运动员到达最高点时恰好处于平衡状态
C. 运动员到达最高点运动时间为0.8s
D. 运动员上升的最大高度为3.2m
【参考答案】B
【名师解析】
运动员在空中加速度为向下的g，处于完全失重状态，选项A正确，不符合题意；
运动员到达最高点时受合力为mg，则不是处于平衡状态，选项B错误，符合题意；
运动员到达最高点运动时间为
选项C正确，不符合题意；
运动员上升的最大高度为
选项D正确，不符合题意。
5. （2024山东泰安期末）如图甲所示，一升降机顶部有一个用轻绳悬挂小球。t=0时刻，升降机由静止开始竖直向下做直线运动，取竖直向下为正方向，其位移时间图像如图乙所示，其中在时间内为直线。则下列说法中正确的是（ ）

A. 小球在0~ t1时间内处于超重状态
B. 小球在t1~t2时间内处于超重状态
C. 小球在在t1~ t2时间内处于失重状态
D. 小球在在t2~ t3时间内处于超重状态
【参考答案】D
【名师解析】
图像中，图像上某点切线斜率的绝对值表示速度大小，可知，0~ t1时间内，升降机向下做加速运动，加速度方向向下，小球处于失重状态，故A错误；
时间内为直线，图像的斜率不变，即升降机做匀速直线运动，加速度为0，小球处于平衡状态，既不超重又不失重，故BC错误；
t2~ t3时间内，图像的斜率逐渐减小，可知，t2~ t3时间内，升降机向下做减速运动，加速度方向向上，小球处于超重状态，故D正确。
6．（2024辽宁部分重点高中3月联考）如图所示，体重为50kg的中学生在乘坐电梯时，手里拿着一个由轻质弹性细绳（绳上弹力变化满足胡克定律）和质量为0.1kg的小球构成的玩具，此时他发现轻质弹性细绳的伸长量为电梯静止时的，重力加速度g取。下列说法正确的是（ ）
A．该中学生处于超重状态
B．该中学生对电梯地板的压力大小为501N
C．电梯可能加速下降，加速度大小为
D．电梯可能减速上升，加速度大小为
【参考答案】．D
【名师解析】电梯静止不动时，小球受力平衡，有，电梯运行时，由牛顿第二定律有，解得加速度大小为，方向竖直向下，所以电梯可能加速下降或减速上升，该中学生处于失重状态，A、C项错误，D项正确；对该中学生和玩具构成的系统进行受力分析，由牛顿第二定律有，电梯地板对该中学生的支持力大小，由牛顿第三定律可知，该中学生对电梯地板的压力大小为400.8N，B项错误。
7. （2024安徽六校期末联考）某海洋馆中的“海豚顶球”节目因其互动性强而深受小朋友们的喜爱.如图所示为一海豚把球顶向空中，并等其落下。下列说法正确的是（ ）
A.球在最高点时受到重力和海豚对它的顶力作用
B.球在最高点时速度和加速度都为零
C.球在上升过程中处于超重状态
D.球在下落过程中处于失重状态
【参考答案】.D
【名师解析】海豚把球顶向空中后，球只在重力作用下运动，球在最高处只受到重力，选项A错误；球上升到最高点时只受重力作用，速度为零，加速度为g，选项B错误；球在上升过程中只受到重力的作用，有向下的加速度，处于失重状态，选项C错误；球在下落过程中只受到重力的作用，加速度为g，加速度的方向向下，处于失重状态，选项D正确.

8．[多选]有一种大型娱乐器械可以让人体验超重和失重，其环形座舱套在竖直柱子上(如图所示)，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由下落。落到一定位置时，制动系统启动，座舱做减速运动，到地面时刚好停下。下列说法正确的是( )
A．座舱自由下落的过程中人处于超重状态
B．座舱自由下落的过程中人处于失重状态
C．座舱减速下落的过程中人处于超重状态
D．座舱下落的整个过程中人处于失重状态
【参考答案】BC
【名师解析】在自由下落的过程中人只受重力作用，做自由落体运动，处于失重状态，故选项A错误，选项B正确；在减速运动的过程中人受重力和座位对人向上的支持力，做减速运动，所以加速度向上，人处于超重状态，故选项C正确，选项D错误。
9（2024四川南充名校联考）某人乘电梯从10楼到1楼，从电梯启动到停在1楼的过程，经历了匀加速、匀速和匀减速三个阶段。电梯在这三个连续的运动阶段中，该人所受的重力和他对电梯地板的压力相比较，其大小关系分别是
A．重力大于压力，重力等于压力，重力小于压力
B．重力小于压力，重力等于压力，重力大于压力
C．重力大于压力，重力小于压力，重力小于压力
D．重力小于压力，重力小于压力，重力大于压力
【参考答案】A
【名师解析】：某人乘电梯从10楼到1楼，速度方向向下。电梯启动做加速运动阶段，加速度方向向下，由牛顿第二定律可知重力大于电梯地板对他的支持力，由牛顿第三定律可知，他对电梯地板的压力等于电梯地板对他的支持力，即重力大于压力，处于失重状态；在匀速运动阶段，处于平衡状态，重力等于压力；在减速运动阶段，加速度方向向上，由牛顿第二定律可知重力小于电梯地板对他的支持力，由牛顿第三定律可知，他对电梯地板的压力等于电梯地板对他的支持力，即重力小于压力，处于失重状态；所以选项A正确。
【一题多解】：此题情景是某人乘电梯从10楼到一楼，速度方向向下，经历加速、匀速、减速三个阶段，加速度方向分别向下、为零、向上，其状态分别对应失重、等于、超重，即分别对应重力大于压力、重力等于压力、重力小于压力，所以选项A正确。
10. （2024安徽十校联盟联考）北京冬奥会于2022年2月4日开幕，在2月8日进行的自由式滑雪女子大跳台比赛中，中国选手谷爱凌获得了该项目历史上第一块金牌。下图为“大跳台”赛道的示意图，由助滑道、起跳区、着陆坡、终点线、停止区组成。下列说法正确的是（ ）
A. 助滑道上运动员下蹲，双臂向后紧贴身体，以减小起跳时的速度
B. 运动员在助滑道上加速下滑时，运动员处于超重状态
C. 所有运动员在着陆坡落地时，他们的速度方向一定相同
D. 着陆时运动员控制身体屈膝下蹲，是为了减小平均冲击力
【参考答案】D
【名师解析】
助滑道上运动员下蹲，双臂向后紧贴身体，以减小起跳时的空气阻力，增加起跳速度，A错误；
运动员在助滑道上加速下滑时，运动员处于失重状态，B错误；
由于运动员在空中完成各种动作，调整运动姿态，改变空气阻力，从而使落地时的速度方向不一定相同，C错误；着陆时运动员控制身体屈膝下蹲，延长落地时间，从而减小平均冲击力，D正确。
11. （2024河南漯河高中期末质检）重庆欢乐谷的一种巨型机动游戏设备可以使人体验超重和失重，以惊险刺激深受年轻人的欢迎。一个可乘十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上60m的高处，然后让座舱自由落下。落到离地面15m时，制动系统启动，使座舱做匀减速运动，到达地面时刚好停下。乘客小明的体重为75kg。（重力加速度g取10m/s2，空气阻力不计）求：
（1）离地面15m时座舱的速度大小；
（2）此过程中座舱做匀减速运动的时间；
（3）设备匀减速阶段，座舱对小明的支持力大小。

【参考答案】（1）；（2）；（3）3000N
【名师解析】
（1）设，，座舱自由落下为，有
解得
制动系统启动时速度为
（2）制动时间为
（3）设制动过程加速度大小为，有
，
解得
，FN=3000N