第四章超重与失重.docx
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第四章超重与失重
第四章：
超重与失重
一、超重与失重
1．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：
物体具有竖直向上的加速度．
2．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：
物体具有竖直向下的加速度．
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）等于零的状态．
（2）产生条件：
物体的加速度竖直向下且等于g.
特征状态
加速度a
视重（F）与重力（mg）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
方向向上
F＝m（g＋a）＞mg
向上加速，
向下减速
失重
方向向下
F＝m（g－a）＜mg
向下加速，
向上减速
“飘飘然”的感觉，背的书包也感觉变“轻”了．快到楼底时，他总觉得自己有种“脚踏实地”的感觉，
背的书包也似乎变“重”了．为了研究这种现象，小星在电梯里放了一台台秤如图1所示．设小星的质量为50kg，g取10m/s2.求下列情况中台秤的示数．图1
（1）当电梯以a＝2m/s2的加速度匀加速上升；
（2）当电梯以a＝2m/s2的加速度匀减速上升；
（3）当电梯以a＝2m/s2的加速度匀加速下降；
（4）当电梯以a＝2m/s2的加速度匀减速下降；
v—t图象，则（）
例2如图3所示为一物体随升降机由一楼运动到某高层的过程中的A．物体在0～2s处于失重状态
B．物体在2s～8s处于超重状态
C．物体在8s～10s处于失重状态
D．由于物体的质量未知，所以无法判断超重、失重状态
针对训练．（超重和失重）在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次
下蹲和起立的动作．传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力随时间t变化的图象，则下列图象中可能正确的是（）
高一周末班提高训练：
1．下列关于力学及其发展历史，正确的说法是（）
A．牛顿根据伽利略等前辈的研究，用实验验证得出牛顿第一定律B．牛顿通过研究发现物体受到的外力总是迫使其改变运动状态，而不是维持其运动状态C．由牛顿第二定律得到m=，这说明物理的质量跟所受外力成正比，跟物体的加速度成反比D．牛顿等物理学家建立的经典力学体系不但适用于宏观、低速研究领域，也能充分研究微观、高速的物体运动
2．轻质弹簧下端挂一重物，手执弹簧上端使物体向上做匀速运动。
当手突然停止以后重物的运动情况是
3．一物体质量为，放在斜面上静止，受一沿斜面向上的力作用，产生沿斜面向上的加速度，若将
此沿斜面上的力的F的大小变为，其他条件不变，则物体加速度将（）
6．在竖直升降的电梯内的地板上放一体重计．电梯静止时，小明同学站在体重计上，体重计示数为50kg，
电梯运动过程中，某一段时间内小明同学发现体重计示数为40kg，则在这段时间内，下列说法中正确的是
2
（取g=10m/s）（）
A．小明同学处于失重状态
B．小明同学对体重计的压力小于体重计对他的支持力
C．电梯一定在竖直向下运动
D．电梯的加速度大小为，方向一定竖直向下
高一周末班主讲：
姚雄英
7．在一正方形小盒内装一质量为
m的小圆球，盒与球一起沿倾角为θ的光滑斜面下滑，如图所示．若不
FN，对方盒底面的压力FN′，则下列叙述正确的是
C．FN=0D．FN=mgsinθ
8．应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。
例如平伸手掌托起物体，由
静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。
对此现象分析正确的是
A．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态
B．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态
C．在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度
D．在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度9．为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自
动调整，使座椅始终保持水平，如图所示．当此车减速上坡时，乘客
A．处于超重状态
B．处于失重状态
C．受到向前的摩擦力作用
D．所受力的合力沿斜面向上10．为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯．无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转．一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，如图所示．那么下列说法中正确的是（）
A．顾客始终受到三个力的作用
B．顾客始终处于超重状态
C．顾客受到扶梯的作用力先指向右侧斜上方后竖直向上
D．在扶梯加速上升过程，顾客受到梯面的摩擦力指向右侧斜上方11．一个同学在体重计上做如下实验：
由站立突然下蹲。
则在整个下蹲的过程中，下列说法正确的是
A．同学处于失重状态，体重计的读数小于同学的体重
B．同学处于失重状态，体重计的读数大于同学的体重
C．同学先失重再超重，体重计的读数先小于同学的体重再大于同学的体重
D．同学先超重再失重，体重计的读数先大于同学的体重再小于同学的体重
12．设物体运动的加速度为a、速度为v、位移为x.现有四个不同物体的运动图象如图所示，物体C和D
的初速度均为零，则其中表示物体做单向直线运动的图象是（）
13．如图所示，用细线竖直悬挂一质量为M的杆，质量为m的小环套在杆上，它与杆间有摩擦，环由静止
释放后沿杆下滑过程中加速度大小为a，则环下滑过程中细线对杆的拉力大小为（）
A．Mg
B．Mg+mg
C．Mg+mg-ma
D．Mg+mg+ma
14．如图所示，质量为m2的物体2放在正沿平直轨道向右行驶的车厢底板上，并用竖直细绳通过光滑定滑轮连接质量为m1的物体1，与物体1相连接的绳与竖直方向保持θ角不变，则（）
A．车厢的加速度为gsinθ
B．绳对物体1的拉力为m1g
cos
C．底板对物体2的支持力为（m2－m1）g
D．物体2所受底板的摩擦力为m2gsinθ
15．如图甲是2012年我国运动员在伦敦奥运会上蹦床比赛中的一个情景。
设这位蹦床运动员仅在竖直方
向上运动，运动员的脚在接触蹦床过程中，蹦床对运动员的弹力F随时间t的变化规律通过传感器用计算机绘制出来，如图乙所示。
取g=10m/s2，根据F-t图象分析求解：
1）运动员的质量；
2）运动员在运动过程中的最大加速度；
3）在不计空气阻力情况下，运动员重心离开蹦床上升的最大高度。
参考答案
1．B
【解析】解：
A、牛顿第一定律是在实验的基础上进一步的推理概括出来的科学理论，而不能直接通过实验得出的，但能接受住实践的检验，故A错误．
B、牛顿通过研究发现物体受到的外力总是迫使其改变运动状态，而不是维持其运动状态，故B正确；
C、根据牛顿第二定律F=ma，得a=，可知加速度跟物体所受合外力成正比，跟物体的质量成反比，物体的质量不变，故C错误；
D、牛顿等物理学家建立的经典力学体系适用于宏观、低速研究领域，不适用于研究微观、高速的物体运动，故D错误；故选：
B．
【点评】本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．
2．C
【解析】
试题分析：
手停止运动前，物体向上做匀速运动，弹簧对物体的弹力等于物体的重力．当手突然停止时，弹簧的弹力不能突变，开始阶段，弹力仍等于重力，由于惯性，物体有一个向上的速度，随着物体向上运动，弹簧的伸长量逐渐减小，弹力减小，弹簧的弹力小于物体的重力后，物体的合力向下，开始做减速运动．加速度amgF，弹力在减小，加速度在增大，当弹簧变为压缩后，弹力方向变为向下，故有
m
mgF
a，弹力再增大，所以加速度在增大，故在上升过程加速度越来越大，C正确；
m
考点：
考查了牛顿第二定律的瞬时性【名师点睛】本题关键要抓住弹簧的弹力不能突变的特性，以及弹力的可变性分析物体的运动情况．
3．A
【解析】
试题分析：
物体质量为m，放在斜面上静止，说明物体与斜面之间由摩擦力，设摩擦系数为μ，当力施加
a′，由牛顿第二定律得：
3F-mgsinθ-μmgcosθ=ma′，得：
-gsinθ-ugcosθ）-3×（-gsinθ-μgcosθ）
μmgcosθ=ma，得：
a=-gsinθ-μgcosθ，
a′=-gsinθ-ugcosθ，a′-3a=
=2gsinθ+2μgcosθ>0，故a′>3a，选项A正确。
考点：
牛顿第二定律【名师点睛】本题需要读懂题目的意思，在平时的学习当中要注意运动情况的分析．分别求出两种状态下加速度的大小，然后比较大小即可．
4．C
【解析】
试题分析：
加速度方向向上，物体处于超重状态，加速度方向向下，物体处于失重状态，第9s内加速度为正，方向向上，处于超重状态，只不过加速度在减小，不影响超重失重的判断，A错误；1～8s内加速
度大小恒定，方向向上，处于超重状态，B错误；第2s内乘客受电梯的支持力和重力，根据牛顿第二定律
有Nmgma，解得N550N，根据牛顿第三定律可得乘客对电梯的压力为550N，C正确；第9s内
电梯的加速度平均值小于1，所以第9s内电梯速度的增加量小于1m/s，D错误考点：
考查了牛顿第二定律与图像
【名师点睛】当加速度向上时，根据牛顿第二定律Nmgma可得Nmamgmg，即只要加速度向上，则物体处于超重状态，反之，只要加速度方向向下，则物体处于失重状态，该结论需要掌握
5．C【解析】试题分析：
起跳过程中，小明做加速运动，加速度向上，故Nmgma，解得Nmamg，所以地面的支持力大于小明的重力，A错误；上升过程中，小明的加速度向下，处于失重状态，B错误；下降过程中，做加速运动，加速度向下，处于失重状态，C正确；下降过程中，重力没有消失，D错误
考点：
考查了超重失重【名师点睛】做本题需要知道当加速度方向向下时，物体处于失重状态，当加速度方向向上的时，物体处于超重状态，物体处于失重或者超重状态并不是物体的重力发生变化了，而是物体的视重发生变化，重力不变，6．AD
【解析】试题分析：
人对体重计的压力小于人的重力，说明人处于失重状态，加速度向下，运动方向可能向上也可能向下．
解：
A、小明在这段时间内处于失重状态，是由于他对体重计的压力变小了，而他的重力没有改变，A选项
正确；
B、对体重计的压力与体重计对小明的支持力是一对作用力与反作用力，大小一定相等，B选项错，
C、D：
以竖直向下为正方向，有：
mg﹣F=ma，即50g﹣40g=50a，解得a=0.2g，方向竖直向下，但速度方向可能是竖直向上，也可能是竖直向下，C选项错，D选项正确．
故选AD点评：
做超重和失重的题目要抓住关键：
有向下的加速度，失重；有向上的加速度，超重．
7．AC【解析】试题分析：
将两者看做一个整体，整体在沿斜面方向上受到重力沿斜面向下的分力，根据牛顿第二定律，
Mmgsin
整体的加速度为：
a＝gsin，对小球分析，小球受到重力沿斜面向下的分力，盒子Mm
的支持力，根据牛顿第二定律得：
mgsinFNma，解得FN0，垂直斜面方向上，有：
FNmgcos．故AC正确
考点：
考查了牛顿第二定律的应用【名师点睛】解决本题的关键知道小球和盒子具有相同的加速度，抓住垂直斜面方向合力为零，沿斜面方向产生加速度，结合牛顿第二定律进行求解
8．D【解析】试题分析：
手托物体由静止开始向上运动，一定先做加速运动，物体处于超重状态；而后可能匀速上升，也可能减速上升，故A、B错误；在物体离开手的瞬间，二者分离，不计空气阻力，物体只受重力，物体的加速度一定等于重力加速度；要使手和物体分离，手向下的加速度一定大于物体向下的加速度，即手的
高一周末班主讲：
姚雄英
加速度大于重力加速度，选项
考点：
超重；失重
C错误，D正确。
【名师点睛】本题主要考查了学生对超重、失重的理解。
属于容易题。
物体处于超重时其竖直方向加速度的方向竖直向上，物体处于失重时其竖直方向加速度的方向竖直向下；超重和失重与速度的方向无关。
9．B
【解析】
试题分析：
已知车减速上坡，所以加速度的方向沿斜面向下，合外力方向沿斜面向下，以人为研究对象受
力分析，如图所示，支持力与重力的合力为竖直向下，故人处于失重状态，所以A错误；B正确；C错误；
D错误。
考点：
考查牛顿第二定律，受力分析【名师点睛】本题是已知运动，分析物体的受力。
由减速上坡，得出加速度方向，根据牛顿第二定律的矢量性得出合力的方向，然后再分析物体的受力，重力必然大于支持力，在分析摩擦力方向时，注意摩擦力的方向时沿着接触面的，只能水平向左。
10．C
【解析】
试题分析：
在匀速运动的过程中，顾客处于平衡状态，只受重力和支持力，AB错误；在慢慢加速的过程中，受力如图，物体加速度与速度同方向，合力斜向右上方，因而顾客受到的摩擦力与接触面平行水平向右，电梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上；在匀速运动的过程中，顾客处于平衡状态，只受重力和支持力，即顾客受到扶梯的作用力方向竖直向上；故C正确，D错误.故选C.
考点：
牛顿第二定律的应用.
【名师点睛】本题是牛顿第二定律的应用题目；解题的关键要分两个过程研究，加速过程可以先找出加速度方向，然后得出合力方向，结合物体的受力情况，可以得出各个力的大小情况；匀速过程二力平衡，与运动方向无关.
11．C
【解析】
试题分析：
整个下蹲的过程中，先加速后减速，当加速阶段加速度竖直向下，处于失重状态，体重计的读数先小于同学的体重，当减速阶段加速度竖直向上，处于超重状态，体重计的读数再大于同学的体重，故C正确
考点：
考查了超重失重
【名师点睛】失重状态：
当物体对接触面的压力小于物体的真实重力时，就说物体处于失重状态，此时有向下的加速度；超重状态：
当物体对接触面的压力大于物体的真实重力时，就说物体处于超重状态，此时有向上的加速度
12．C
【解析】
试题分析：
因为A是位移与时间的关系图像，在图像中位移出现了负值，说明其方向与正值是相反的，即不是单向直线运动，选项A错误；B是速度与时间图像，其中2s到4s的时间段内，物体的位移是负值，说明物体做往复的运动，选项B错误；C与D是加速度与时间的关系，它们的初速度为0，则C图中，0～
1s内，速度增大，1s时速度最大，1s～2s速度减小，2s时速度为0，但速度都是正的，故运动方向都是向前的；2s～3s内，速度又逐渐增大，3s时速度最大，3s～4s速度减小，4s时速度又为0，如此反复，物体始终沿一个方向运动，故它是做单向直线运动的，选项C正确；D的速度图与B图是相同的，故它也
是错误的。
考点：
运动的位移、速度、加速度与时间的关系图像。
【名师点晴】本题通过三种图像揭示了运动的过程，我们要通过图像认识到物体的运动过程是怎样的，即图像反映物体运动是个怎样的过程等，只有对这个问题的理解增强了，这类题目才比较轻松；特别是将速度图像转化为位移志时间的图像时，将加速度的图像转化为速度、位移的图像时更是理解这类问题的关键。
13．C
由图可知，绳对物体1的拉力为T=m1g，选项B正确；底板对物体2的支持力为N=m2g－T,选项C错cos
误；对物体2研究，分析受力如图2，根据牛顿第二定律得：
f=m2a=m2gtanθ，选项D错误；故选B.考点：
牛顿第二定律的应用.
2
15．
（1）50kg
（2）aM40m/s2（3）H3.2m
【解析】
试题分析：
（1）由图象可知，运动员所受重力为500N，
设运动员的质量为m，则
G50kgg
2）由图象可知，蹦床对运动员的最大弹力为FM2500N
设运动的电大加速度为aM
则：
FMmgmaM
代入数据
aM40m/s2（3）由图象可知运动员离开蹦床后做竖直上抛运动，离开蹦床的时刻为6.8s或9.4s，
下落到蹦床上的时刻为8.4s或11s，他们的时间间隔均为1.6s，根据竖直上抛运动的对称性，可知其自由下落的时间为0.8s
设运动员上升的最大高度为H
则：
H1gt3.2m
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