第17讲：超重和失重（含答案）[初升高衔接]2023-2024学年新高一物理【赢在暑假】同步精讲精练系列（人教版2019必修第一册）

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考点一、超重和失重
1．视重：体重计的示数称为视重，反映了人对体重计的压力．
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(选填“竖直向上”或“竖直向下”)的加速度．
3．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(选填“竖直向上”或“竖直向下”)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，方向竖直向下．
大重难点规律总结：
1．对视重的理解
当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上相对静止时，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．
当物体处于超重或失重状态时，物体的重力并未变化，只是视重变了．
2．超重、失重的比较
二：考点题型归纳
题型一：超重和失重的概念
1．（2023春·浙江·高一校联考期末）图示为宁波方特游乐园中的一个游乐项目“大摆锤”，该项目会让游客体会到超重与失重带来的刺激。以下关于该项目的说法正确的是（ ）

A．当摆锤摆动到最高点时，游客会体会到明显的超重
B．当摆锤摆动到最低点时，游客会体会到明显的失重
C．当摆锤摆动到最低点时，游客会体会到明显的超重
D．当摆锤摆动到最低点时，游客可能会体会到完全失重
2．（2023春·广东湛江·高一湛江二十一中校考期中）从飞机起飞后，攀升过程中，假设竖直方向向上先做加速运动后做减速运动，该过程飞行员（ ）
A．一直处于失重状态
B．先处于超重状态，后处于失重状态
C．先处于失重状态，后处于超重状态
3．（2023秋·云南丽江·高一统考期末）如图所示姚明正在扣篮，其跳起过程可分为下蹲、蹬地、离地上升、下落四个过程，忽略空气阻力，下列关于蹬地和离地上升两个过程的说法中正确的是（设蹬地的力为恒力）（ ）
A．前过程为超重，后过程为完全失重
B．两过程中姚明都处在失重状态
C．前过程为超重，后过程不超重也不失重
D．两过程中姚明都处在超重状态
题型二：电梯中的超失重问题分析
4．（2023春·广东汕头·高一统考期末）小杰利用手机phyphx，软件绘制了电梯从一楼上升到七楼过程中的速度—时间图像，如图甲所示，为简化问题，将图线简化为图乙，已知t＝0时电梯处于静止状态，由图乙可知（ ）

A．在此过程中电梯上升的高度约为15m
B．28-30s内电梯处于超重状态
C．10-11s内电梯的加速度大小约为0.56
D．10-30s内电梯的平均速度大小为0.75m/s
5．（2023春·陕西西安·高一校联考期末）一个质量为50kg的同学站在电梯底板上，如图所示的图像是计算机显示的观光电梯在某一段时间内速度变化的情况（竖直向上为正方向）。根据图像提供的信息，可以判断下列说法中正确的（g=10m/s2）（ ）

A．在5~10s内，该同学对电梯底板的压力等于480N
B．在0~5s内，电梯在加速上升，该同学处于失重状态，对电梯底板的压力等于480N
C．在10~20s内，该同学所受的支持力为490N，该同学处于失重状态
D．在20~25s内，电梯在加速下降，该同学处于超重状态，对电梯底板的压力等于510N
6．（2023·全国·高一专题练习）目前大部分手机都内置了加速度传感器，某同学在电梯内利用手机测量电梯运行时的加速度，得到图1所示的图线，经计算机处理后将图线简化为图2所示的图像。已知该同学的质量为60kg，时电梯处于静止状态，规定竖直向上为正方向，则下列说法正确的是（）（ ）
A．时电梯开始向下运动
B．4~9s内该同学先处于超重状态，后处于失重状态
C．整个过程中，电梯的最大速度大小约为2.5m/s
D．整个过程中，该同学受到的最大支持力为630N
题型三：完全失重问题
7．（2023·全国·高一专题练习）蹦极是一项非常刺激的体育运动。某人身系弹性绳自高空p点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止悬吊时的位置，人在从p点下落到最低点c点的过程中，下列说法错误的是（ ）

A．在pa段做自由落体运动，处于完全失重状态
B．在ac段绳的拉力先小于人的重力后大于人的重力，速度先增大后减小，加速度先减小后增大
C．在b点速度最大，加速度为零
D．在c点，速度为零，处于平衡状态
8．（2023·全国·高一假期作业）2021年9月17日，搭载着3名英雄航天员的神舟十二号载人飞船返回舱成功着陆于东风着陆场，标志着神舟十二号返回任务取得圆满成功，航天员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重与失重的考验，下列说法正确的是（ ）
A．火箭加速上升时，航天员处于超重状态
B．火箭加速上升时，航天员对座椅的压力小于自身重力
C．在飞船绕地球运行时，航天员处于完全失重状态，则航天员的重力消失了
D．飞船落地前减速下落时，航天员处于失重状态
9．（2022秋·安徽芜湖·高一统考期末）2021年5月15日，我国天问一号着陆器成功着陆火星表面，其运动过程可以简化为：脱离环绕器后分别经历气动减速、降落伞减速和动力减速三个阶段，接着在距离火星表面约100米处悬停，经过对着陆点的探测，最后匀速平稳着陆。若着陆全程可视为竖直方向的运动，则下列说法正确的是（ ）
A．随环绕器绕火星运行阶段，着陆器处于超重状态
B．减速下降阶段，着陆器处于完全失重状态
C．悬停阶段，着陆器不受力
D．匀速下降阶段，着陆器处于平衡状态
题型四：与F-t图像问题
10．（2023·全国·高一专题练习）图甲是莱芜一中尚清华同学站在接有力传感器的板上做下蹲、起跳动作的示意图，图中的O点表示他的重心。图乙是传感器所受压力随时间变化的图像，图像上a、b两点的纵坐标分别为900N和300N，重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力。根据图像分析可知（ ）
A．尚清华的重力可由b点读出，为300N
B．尚清华在b到c的过程中先处于超重状态再处于失重状态
C．尚清华在双脚与板不接触的过程中处于完全失重状态
D．尚清华在b点对应时刻的加速度大于在c点对应时刻的加速度
11．（2023·全国·高一假期作业）某实验小组利用DIS系统观察超重和失重现象。他们在学校电梯房内做实验，在电梯天花板上固定一个力传感器，测量挂钩向下，并在挂钩上悬挂一个重为10N的钩码，在电梯运动过程中，计算机显示屏上显示出如图所示图象，以下根据图象分析所得结论错误的是（ ）
A．该图象显示出了力传感器对钩码的拉力大小随时间的变化情况
B．从时刻t1到t2，钩码处于失重状态，从时刻t3到t4，钩码处于超重状态
C．电梯可能先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后静止
D．电梯可能先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后静止
12．（2016春·青海海东·高一平安一中阶段练习）某实验小组利用DIS系统在电梯内研究超重和失重现象，他们在电梯地板上放置一个压力传感器，在传感器上放一个质量为2kg的布娃娃，如图甲所示，实验中计算机显示出传感器所受压力大小随时间变化的关系如图乙所示，则（）（ ）
A．从到，布娃娃处于失重状态
B．从到，布娃娃处于超重状态
C．电梯可能先停在高楼层，经加速向下，匀速向下、减速向下过程，最后停在底楼层
D．电梯可能先停在底楼层，经加速向上，匀速向上，减速向上过程，最后停在高楼层
题型五：超重、失重的有关计算
13．（2023·全国·高一专题练习）小红和小明用体重计研究人在观光升降电梯中的超重和失重现象。在升降电梯内的地板上放一体重计，电梯静止时小红站在体重计上。在升降电梯运动过程中，小明观察到体重计的示数随时间变化的图像如图所示。已知升降电梯从时经历了三个阶段：由静止开始匀加速运动、匀速运动和匀减速运动，在时停止，。下列说法正确的是（ ）
A．小红在内重力增加了，小红处于超重状态
B．升降电梯在小明观察的这段时间内向下运动
C．小红在内匀速运动的速度为
D．小红在内位移为22m
14．（2023秋·山东淄博·高一校考期末）（课本题）一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重状态。一个可乘坐二十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由落下。落到一定位置时，制动系统启动，到地面时刚好停下。已知座舱开始下落时的高度为76m，当落到离地面28m的位置时开始制动，座舱做匀减速运动。若座舱中某人的质量为50kg的人，当座舱落到离地面50m的位置时，人对座舱的压力是多少？当座舱落到离地面15m的位置时，人对座舱的压力是多少？
15．（2022秋·天津·高一统考期末）一种巨型娱乐器械可以使人体验超重和失重。一个可乘十多个人的环形座舱套装在竖直柱子上，由升降机送上几十米的高处，然后让座舱自由落下。落到一定位置时，制动系统启动，到地面时刚好停下。已知座舱开始下落时的高度为75m，当落到离地面30m的位置时开始制动，座舱匀减速下落。若座舱中某人用手托着重50N的铅球。忽略摩擦和空气阻力，g=10m/s2。求：
（1）座舱下落的最大速度；
（2）当座舱下落35m的位置时，手对铅球的托力多大；
（3）当座舱落到离地面15m的位置时，手要用多大的力才能托住铅球。
三：课堂过关精练
一、单选题
16．（2023春·北京平谷·高一统考期末）很多智能手机都有加速度传感器，能通过图像显示加速度情况。用手掌托着手机，打开加速度传感器，手掌从静止开始迅速上下运动，得到如图所示的竖直方向上加速度随时间变化的图像，该图像以竖直向上为正方向。由此可判断出（ ）

A．在时间内手机处于超重状态，在时间内手机处于失重状态
B．手机在时刻运动到最高点
C．手机在时刻改变运动方向
D．手机可能离开过手掌
17．（2023春·湖南怀化·高一统考期末）小华同学家住某高层住宅小区栋24楼，清晨小华上学乘电梯从24楼到1楼的图像如图，根据图像结合所学物理知识判断下列说法不正确的是（ ）

A．内电梯做匀加速直线运动，加速度为
B．内电梯做匀速直线运动，速度保持不变
C．内，电梯做匀减速直线运动，处于失重状态
D．内，此人经过的位移为
18．（2023秋·高一课时练习）一名质量为60kg的工人，站在竖直向上运动着的升降机底板上。他看到升降机上挂着一个重物的弹簧测力计的示数为40N，已知该重物的质量为5kg。 弹簧测力计的质量忽略不计。（g取）
（1）先根据受力情况判断重物的加速度的方向，并指出重物是处于超重状态还是失重状态。，再求出重物的加速度的大小。
（2）这时该工人对升降机底板的压力是多大？
（3）如果悬挂测力计的悬线突然从A点断开，则此时重物的加速度有何变化？

19．（2023秋·高一课时练习）太空探索已成为众多青年才俊的志向，很多年轻人都立志做一名遨游太空的宇航员。但要成为一名宇航员，需具备一定的耐受力能力。在飞船加速过程中，宇航员处于超重状态。人们把这种状态下宇航员对座椅的压力FN与静止在地球表面时所受重力mg的比值，称为耐受力值，用k表示。在选拔宇航员时，要求其耐受力值为4≤k≤12。若某次宇宙飞船执行任务过程中，在飞船起飞阶段宇航员的耐受力值k1=4.2，而重返大气层阶段飞船以a2=5.2m/s2的加速度竖直向下减速运动。设宇航员质量m=75kg，求：（g取10m/s2）
（1）飞船起飞阶段加速度a1的大小；
（2）返回大气层时宇航员的耐受力值k2。

四：高分突破精练
一、单选题
20．（2023·全国·高一专题练习）在升降机里，一个小球系于弹簧下端，如图所示，升降机静止时，弹簧伸长4cm，升降机运动时，弹簧伸长2cm，则升降机运动情况是（ ）
A．以的加速度加速下降
B．以的加速度减速上升
C．以的加速度加速上升
D．以的加速度减速下降
21．（2023春·广东揭阳·高一统考期末）我国建设的落塔及塔内的落仓如图所示。某次实验时，t=0时刻落仓由静止开始自由下落，t=2s时开始减速，t=4s时落仓速度变为0。已知2~4s内落仓做匀变速直线运动，忽略空气阻力，下列说法正确的是（ ）

A．0~2s内落仓内的物体不受重力的作用
B．0~2s内落仓内的物体处于完全失重状态
C．与0~2s内相比，2~4s内落仓下落的位移更小
D．t=1.5s和t=2.5s两时刻落仓的加速度相同
22．（2023春·甘肃·高一校联考期末）如图所示，某同学站在正在运行的电梯中的体重秤上称体重，发现体重明显大于在静止地面上称得的体重，则（ ）

A．电梯一定在加速上升
B．电梯有可能在加速下降
C．该同学受到的合力方向一定竖直向上
D．体重秤对该同学的支持力大于该同学对体重秤的压力
23．（2023春·山西·高一统考期末）蹦床运动是一种集竞技、健身、观赏和娱乐于一体的综合性运动。某同学在练习蹦床运动时在弹性网上安装压力传感器，利用压力传感器记录了他运动过程中所受蹦床弹力F随时间t的变化图像，如图所示。不计空气阻力，取重力加速度大小g=10m/s2。下列说法正确的是（ ）

A．该同学在1.5s前处于静止状态，可推算出其质量为50kg
B．该同学在6.6s~7.4s内先处于失重状态，后一直处于超重状态
C．该同学在0~7.4s内的最大加速度为10m/s2
D．该同学在0~7.4s内离开蹦床上升的最大高度为5m
24．（2023·全国·高一专题练习）港珠澳大桥工程的技术及设备规模创造了多项世界纪录，被誉为“超级大国的超级工程”。建造大桥过程中最困难的莫过于沉管隧道的沉放和精确安装，每节沉管隧道质量约8万吨，超过了一台中型航母的质量。若将该沉管在向下沉放过程中看成是减速运动，关于此过程，下列说法正确的是（ ）
A．沉管所受的合外力为0
B．沉管所受合外力不为0，且方向向下
C．该沉管处于超重状态
D．该沉管处于失重状态
25．（2023春·湖南·高一校联考期中）蹦极是一项极限运动，在做好充足防护的情况下，人们可以感受完全失重的刺激。蹦极所用绳索的弹力大小遵循胡克定律，人下降过程中的加速度随位置变化的图像如图所示，图中，已知蹦极者的质量为m，重力加速度为g（忽略空气阻力以及绳索的重力），下列说法正确的是（ ）
A．从到，人处于失重状态B．从到，人处于超重状态
C．下降到时，人受到的拉力等于D．下降到时，人受到的拉力大于
26．（2023春·浙江杭州·高一校联考期中）人站在力传感器上完成下蹲和站起动作，传感器记录的力随时间变化图像（图）如图所示，则（ ）

A．下蹲过程中最大加速度为6m/s2B．人在下蹲过程中，力的示数先变大，后变小
C．人在站起过程中，先失重后超重D．人在8s内完成了两次下蹲和两次站起动作
27．（2023春·湖南常德·高一汉寿县第一中学校考阶段练习）2022年8月20日，重庆山火肆虐，面对自然灾害，人们并没有选择躺平。由摩托大军、志愿者团队、专业的消防人员与消防直升机组成的灭火军团，并肩作战，最终及时将山火扑灭。下图是消防直升机携带盛满水的吊桶，悬停在空中将水泼洒在火源上进行灭火的瞬间。下列有关说法正确的是（ ）
A．绳子对吊桶的拉力和吊桶对绳子的拉力是一对作用力和反作用力
B．绳子对吊桶的拉力和吊桶的重力是一对平衡力
C．洒水过程中直升机处于失重状态
D．洒出的水在空中做自由落体运动
二、多选题
28．（2023春·浙江台州·高一浙江省临海市大田中学校考阶段练习）“蹦极”是一项非常刺激的体育运动，某人身系弹性绳自高空中P点由静止开始下落，如图所示，a点是弹性绳的原长位置，c点是人所能到达的最低位置，b点是人静止悬挂时的平衡位置，则在人从P点下落到c点的过程中，不计空气阻力。（ ）

A．在Pa段，人做自由落体运动，处于完全失重状态
B．在ab段，人的速度越来越小，人处于失重状态
C．在bc段，人的加速度越来越大，人处于超重状态
D．在c点，人的速度为零，加速度也为零
29．（2023春·陕西安康·高一统考期末）2023年“五一”假期，张家界大山夹谷景区准备精彩纷呈的主题活动和项目，玻璃桥处的蹦极吸引众多游客体验。“蹦极”是一项非常刺激的体育运动。游客身系弹性绳自高空P点自由下落，图中a点是弹性绳的原长位置，c是游客所到达的最低点，b是游客静止地悬吊着时的平衡位置，不计空气阻力，游客在从P点落下到最低点c的过程中（ ）

A．游客在Pa段做自由落体运动，处于完全失重状态
B．在b点，游客的速度最大，其加速度为零
C．在bc段绳的拉力大于人的重力，游客处于超重状态
D．在c点，游客的速度为零，其加速度为零
30．（2023春·云南大理·高一统考期末）质量为m的人站在电梯内，电梯从1楼上升到40楼，此过程中电梯速度v随时间t变化的图像如图所示，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）

A．时间内电梯对人的支持力大于mgB．时间内人处于超重状态
C．时间内人处于超重状态D．时间内电梯对人的支持力不断增大
31．（2023春·广东汕头·高一统考期末）原地纵跳摸高是篮球运动员训练弹跳力的必备项目。如图所示，运动员小王从直立状态开始屈腿下蹲，使重心下移，调整好姿势后，由静止开始发力，蹬地起跳后离开地面，竖直向上运动直到最高点，空气阻力忽略不计，对以上运动过程分析正确的是（ ）

A．蹬地起跳时，地面受到的压力和小王受到的支持力大小相等
B．蹬地起跳时，小王对地面的压力大于他的重力
C．屈腿下蹲过程，小王受到的重力和支持力是一对平衡力
D．到达最高点时，小王受力平衡
32．（2023春·湖南常德·高一统考期末）如图所示，某高中生在自家小区住宅楼的一客梯内研究超重和失重现象，将质量为1kg的物体悬挂在弹簧测力计上，观察到测力计示数稳定为12N，则该客梯当前状态及运行情况是（ ）

A．该客梯处于失重状态
B．该客梯处于超重状态
C．该客梯可能向下做匀减速直线运动
D．该客梯可能向下做匀加速直线运动
33．（2023春·黑龙江哈尔滨·高一校考期中）某人乘电梯从楼到楼的图像如图，下列说法正确的是（ ）

A．内物体做匀加速直线运动，加速度为
B．内物体做匀速直线运动，速度保持不变
C．内，物体做匀减速直线运动，处于失重状态
D．内，此人经过的位移为
34．（2023秋·高一校考课时练习）神舟飞船返回时，3吨重的返回舱下降到距地面10 km时，下降速度为200 m/s。再减速就靠降落伞了，先是拉出减速伞，16 s后返回舱的速度减至80 m/s，此时减速伞与返回舱分离。然后拉出主伞，主伞张开后使返回舱的下降速度减至10 m/s，此时飞船距地面高度为1 m，接着舱内4台缓冲发动机同时点火，给飞船一个向上的反冲力，使飞船的落地速度减为零。将上述各过程视为匀变速直线运动，g=10 m/s2.根据以上材料可得（ ）
A．减速伞工作期间返回舱处于失重状态
B．主伞工作期间返回舱处于失重状态
C．减速伞工作期间返回舱的平均加速度大小为7.5 m/s2
D．每台缓冲发动机的反冲推力约为返回舱重力的1.5倍
35．（2023·全国·高一专题练习）我国选手朱雪莹在2020年蹦床世界杯系列赛巴库站女子网上个人决赛中英勇夺冠。若将弹簧床等效为竖直轻弹簧，一运动员在一次蹦床过程中从最低点由静止竖直向上运动的过程中（弹簧始终在弹性限度内），其速度–时间图像如图所示，其中段为曲线，直线与曲线相切于c点，部分关于对称。已知该运动员的质量为45 kg，等效弹簧的劲度系数为，取，不计空气阻力，则（ ）

A．时弹簧处于原长状态
B．时运动员到达最高处
C．时弹簧的压缩长度为75 cm
D．0~0.3 s内运动员处于失重状态
三、解答题
36．（2023秋·新疆乌鲁木齐·高一乌鲁木齐市第四中学校考期末）如图所示，一个质量M=50kg的人站在升降机的地板上，升降机的顶部悬挂了一只弹簧测力计，测力计下挂着一个质量m=5kg的物体A当升降机向上运动时，他看到弹簧测力计的示数为35N，g=10m/s2。求：
（1）升降机的加速度；
（2）此时人对地板的压力。
37．（2023秋·上海浦东新·高一上海市川沙中学校考期末）2020年1月24日4时30分，我国在中国文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器，顺利将探测器送入预定轨道。如图所示为长征五号系列运载火箭，其箭体长度56.97米，火箭起飞质量为860吨，初始的推力是10524千牛（忽略空气阻力）。求:
（1）火箭竖直向上起动时的加速度为多少？这一过程中，火箭处于超重还是失重状态？
（2）观察到火箭飞离发射塔用时8秒钟，估算发射塔的高度。
（3）随着火上升过程中燃料的消耗，火箭的质量减小，假设其推力大小不变，则其加速度大小将如何变化？
将逐渐增大，则火箭做加速度增大的变加速直线运动。
38．（2022·全国·高一假期作业）某同学用一手机传感器软件探究电梯上升过程中的超失重现象（如图甲所示），该软件可以实时测量手机运动时的加速度。现该同学携带该手机进入电梯，先运行手机加速度传感器软件采集数据，之后按下按钮电梯上升，传感器上显示电梯上升过程中，加速度a随时间t变化的情况如图乙所示，重力加速度。
（1）若该同学的体重为，求上升阶段他对电梯的最大压力为多少；
（2）根据图乙中数据，试估算电梯一共上升的距离为多少。
39．（2022秋·上海崇明·高一校考期末）电梯的厢壁上悬挂一个弹簧删力计，如图所示，弹簧测力计下悬挂0.5kg的重物。当电梯由静止起向上做匀加速直线运动时，发现电梯在2s内上升了2层楼（每层高3m），求：
（1）这时弹簧测力计的示数应为多大？
（2）若某时刻发现测力计的示数为3N，通过计算说明此时电梯以多大的加速度向上做怎样的运动？
40．（2022秋·广东汕头·高一统考期末）神舟十三号在2021年10月16日0时23分成功发射，宇航员将在太空中开启为期6个月的在轨驻留。火箭在发射时向上的加速度很大，有一段时间的加速度a将达到。（）
（1）火箭加速向上时，宇航员将承受超重考验还是失重考验？
（2）平时重力的体内脏器，在该过程中需要支持力F多大？
（3）不久的将来，神舟十三号归来。假设返回舱距地面一定高度时开始启动降落伞装置，在距地面高度时，速度为，返回舱的缓冲发动机开始向下喷气，舱体再次减速。设最后减速过程中返回舱做匀减速直线运动，并且到达地面时恰好速度为0，求最后减速阶段中质量的宇航员对座椅的压力为多大？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
向上分量
由F－mg
＝ma得
F＝m(g＋a)>mg
向上加速
或向下减速
失重
竖直向下
或有竖直
向下分量
由mg－F
＝ma得
F＝m(g－a)向下加速或
向上减速
完全
失重
a＝g
F＝0
自由落体
运动、抛
体运动