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第5節　超重與失重
[學習目標]　1．認識超重、失重、完全失重的現象，理解超重、失重中重力并沒有變化。2．會根據物體的運動狀態變化，判斷超重、失重，并能運用牛頓運動定律解決超、失重問題。3．學會探究超重、失重的方法，合作交流超重、失重的體會，能從生活中的現象提出可探究的問題。4．會利用完全失重的相關知識解釋太空中的相關現象，能認識到牛頓運動定律的應用對人類文明進步的推動作用。
知識點一　超重現象
1．定義：物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)________物體所受重力的現象。
2．運動呈現：物體具有________的加速度，與物體的速度大小和方向________。
3．運動類型：超重物體做向上的________或向下的________。
　判斷物體是否處于超重狀態，只看加速度方向是否豎直向上，不看其速度方向。
　1．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)物體處于超重狀態時，可能向下運動。 (　　)
(2)物體處于平衡態時，也可能處于超重狀態。 (　　)
(3)物體處于超重狀態時，是指物體的重力增大了。 (　　)
知識點二　失重現象
1．定義：物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)________物體所受重力的現象。
2．運動呈現：物體具有________的加速度。
3．運動類型：失重物體做向上的________或向下的________。
4．完全失重
物體對懸掛物的________(或對支持物的壓力)等于零的狀態；物體完全失重時，a＝________。
　太空中宇宙飛船里的航天員，好像都有超能力，都能飄浮在空中，這是為什么？
　2．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)物體處于失重狀態時，物體的重力沒有變化。 (　　)
(2)處于完全失重狀態的物體不受重力作用。 (　　)
(3)做自由落體的物體處于完全失重狀態。 (　　)
超重和失重在生活中經常遇到。比如，處于直升梯內臺秤上的物體，小明同學觀察到臺秤的示數的變化。
(1)臺秤稱量“重力”大于物體的實際重力，你能說明此時加速度的方向嗎？
(2)臺秤稱量“重力”大于物體實際重力時，你能確定直升梯的運動方向嗎？
考點1　超重現象
1．實重與視重
(1)實重：物體實際所受重力。物體所受重力不會因為物體運動狀態的改變而變化。
(2)視重：用彈簧測力計或臺秤來測量物體重力時，彈簧測力計或臺秤的示數稱為物體的視重。當物體與彈簧測力計保持靜止或者勻速運動時，視重等于實重；當存在豎直方向的加速度時，視重不再等于實重。
2．超重現象
(1)產生超重的原因：當物體具有豎直向上的加速度a時，支持物對物體的支持力(或懸繩的拉力)為F。由牛頓第二定律可得：F－mg＝ma，所以F＝m(g＋a)>mg。由牛頓第三定律知，物體對支持物的壓力(或對懸繩的拉力)F′>mg。
(2)超重的動力學特點
超重加速度方向向上(或有向上的分量)。
【典例1】　[鏈接教材P145例題]一個站在升降機上的人，用彈簧測力計提著一個質量為1 kg 的魚，彈簧測力計的讀數為12 N，該人的實重為750 N，則他對升降機地板的壓力為(g取)(　　)
A.750 N　 B．762 N　 C．900 N　D．912 N
思路點撥：升降機、人、魚的加速度相同，由魚可分析得到人的運動情況。另外，人對地板的壓力須考慮他手中所提的魚。
[聽課記錄]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　理解超重現象的兩點技巧
(1)物體處于超重狀態時，實重(即所受重力)并不變，只是視重變了，視重比實重增加了ma。
(2)決定物體超重的因素是物體具有向上的加速度，與速度無關，即物體可以向上加速運動，也可以向下減速運動。
[跟進訓練]
1．(雙選)如圖所示，輕質彈簧的上端固定在電梯的天花板上，彈簧下端懸掛一個小球，電梯中有質量為50 kg的乘客，在電梯運行時乘客發現輕質彈簧的伸長量始終是電梯靜止時伸長量的，已知重力加速度g＝10 m/s2，由此可判斷(　　)
A．乘客處于失重狀態
B．電梯可能減速下降，加速度大小為2 m/s2
C．電梯可能加速上升，加速度大小為2 m/s2
D．乘客對電梯地板的壓力為625 N
考點2　失重現象
1．對失重現象的理解
(1)從力的角度看：失重時物體受到的豎直懸繩(或測力計)的拉力或水平支撐面(或臺秤)的支持力小于重力，好像重力變小了，正是由于這樣，把這種現象定義為失重。
(2)從加速度的角度看：根據牛頓第二定律，處于失重狀態的物體的加速度方向向下(如圖所示)，這是物體失重的條件，也是判斷物體失重與否的依據。
2．對完全失重的理解
物體處于完全失重狀態(a＝g)時，重力全部產生加速度，不再產生壓力(如圖所示)，平常一切由重力產生的物理現象都會完全消失，如天平失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱不再產生壓強等。
【典例2】　質量為60 kg的人站在升降機中的體重計上，當升降機做下列各種運動時，體重計的讀數分別為多少？(g取)
(1)升降機勻速上升；
(2)升降機以3 m/s2的加速度勻加速下降。
思路點撥：(1)體重計讀數對應人對其壓力大小。
(2)可用轉換對象法對人受力分析。
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[母題變式]
在【典例2】中，若升降機以5 m/s2的加速度減速下降呢？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　超重、失重問題的處理方法
(1)用牛頓第二定律列方程分析。以加速度的方向為正方向列牛頓第二定律方程，求出結果后，注意運用牛頓第三定律變換成所求的結論，也要注意區分加速度的方向和速度方向。
(2)處理連接體問題時，如測力計、臺秤示數的變化問題，對于其中一個物體(或物體中的一部分)所處的運動狀態的變化，而導致系統是否保持原來的平衡狀態的判斷問題，可以根據系統的重心發生的超重、失重現象進行分析判斷。
[跟進訓練]
2．如圖所示，兩臺秤上各放裝有水的容器甲和乙，水中各有一小球通過細線分別牽拉在容器的底部和懸掛在容器的蓋板上靜止不動，此時兩臺秤的示數分別為N甲和N乙。當細線斷開后，甲容器內小球上浮，乙容器內小球下沉，設兩小球分別上浮和下沉的過程中，兩臺秤的示數分別為N甲′和N乙′，則(　　)
A.N甲′>N甲，N乙′>N乙　 B．N甲′C.N甲′N乙 D．N甲′>N甲，N乙′1．下列關于超重與失重的判斷，正確的是(　　)
A．物體做變速運動時，必處于超重或失重狀態
B．物體向下運動時，必處于失重狀態
C．做豎直上拋運動的物體，處于超重狀態
D．物體斜向上做勻減速運動，處于失重狀態
2．2024年11月4日神舟十八號載人飛船經過分離、制動、再入和減速四個階段，在東風著陸場安全著陸。減速階段為：當返回艙下降至離地高度10 km時，引導傘、減速傘、主傘會依次打開，巨型的大傘為返回艙提供足夠的減速阻力，當返回艙離地高度約1 m時，底部反推發動機點火噴氣，最終以1～2 m/s 的速度平穩著地。設返回艙做直線運動，則反推發動機點火減速階段(　　)
A．反推發動機要向上噴氣
B．返回艙處于失重狀態
C．傘繩對返回艙的拉力小于返回艙對傘繩的拉力
D．返回艙的重力小于除重力外其他力的合力
3．(雙選)原來做勻速運動的升降機內，有一被拉長的彈簧拉住的具有一定質量的物體A靜止在地板上，如圖所示。現發現A突然被彈簧拉向右方，由此可判斷，此時升降機的運動情況可能是 (　　)
A．加速上升　　　　　　　 B．減速上升
C．加速下降 D．減速下降
4．(新情境題：以飛船發射升空過程為背景，考查超重問題)航天員在酒泉衛星發射中心乘坐飛船飛向太空。飛船升空后120 s時，逃逸塔與火箭分離，此時飛船離地的高度為39 km。(g取10 m/s2)
問題：假設這一階段飛船做勻加速直線運動，航天員的體重為63 kg，試計算該階段航天員對座椅的壓力。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
回歸本節知識，完成以下問題：
(1)物體發生超重的條件是什么？
(2)物體發生失重現象的條件是什么？發生完全失重的條件又是什么？
8 / 8第5節　超重與失重
[學習目標]　1．認識超重、失重、完全失重的現象，理解超重、失重中重力并沒有變化。2．會根據物體的運動狀態變化，判斷超重、失重，并能運用牛頓運動定律解決超、失重問題。3．學會探究超重、失重的方法，合作交流超重、失重的體會，能從生活中的現象提出可探究的問題。4．會利用完全失重的相關知識解釋太空中的相關現象，能認識到牛頓運動定律的應用對人類文明進步的推動作用。
知識點一　超重現象
1．定義：物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)大于物體所受重力的現象。
2．運動呈現：物體具有豎直向上的加速度，與物體的速度大小和方向無關。
3．運動類型：超重物體做向上的加速運動或向下的減速運動。
　判斷物體是否處于超重狀態，只看加速度方向是否豎直向上，不看其速度方向。
1．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)物體處于超重狀態時，可能向下運動。 (√)
(2)物體處于平衡態時，也可能處于超重狀態。 (×)
(3)物體處于超重狀態時，是指物體的重力增大了。 (×)
知識點二　失重現象
1．定義：物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)小于物體所受重力的現象。
2．運動呈現：物體具有豎直向下的加速度。
3．運動類型：失重物體做向上的減速運動或向下的加速運動。
4．完全失重
物體對懸掛物的拉力(或對支持物的壓力)等于零的狀態；物體完全失重時，a＝g。
　太空中宇宙飛船里的航天員，好像都有超能力，都能飄浮在空中，這是為什么？
提示：宇航員處于完全失重狀態。
2．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)物體處于失重狀態時，物體的重力沒有變化。 (√)
(2)處于完全失重狀態的物體不受重力作用。 (×)
(3)做自由落體的物體處于完全失重狀態。 (√)
超重和失重在生活中經常遇到。比如，處于直升梯內臺秤上的物體，小明同學觀察到臺秤的示數的變化。
(1)臺秤稱量“重力”大于物體的實際重力，你能說明此時加速度的方向嗎？
(2)臺秤稱量“重力”大于物體實際重力時，你能確定直升梯的運動方向嗎？
提示：(1)物體處于超重狀態，加速度方向向上。
(2)不能，運動方向可能向上也可能向下。
考點1　超重現象
1．實重與視重
(1)實重：物體實際所受重力。物體所受重力不會因為物體運動狀態的改變而變化。
(2)視重：用彈簧測力計或臺秤來測量物體重力時，彈簧測力計或臺秤的示數稱為物體的視重。當物體與彈簧測力計保持靜止或者勻速運動時，視重等于實重；當存在豎直方向的加速度時，視重不再等于實重。
2．超重現象
(1)產生超重的原因：當物體具有豎直向上的加速度a時，支持物對物體的支持力(或懸繩的拉力)為F。由牛頓第二定律可得：F－mg＝ma，所以F＝m(g＋a)>mg。由牛頓第三定律知，物體對支持物的壓力(或對懸繩的拉力)F′>mg。
(2)超重的動力學特點
加速度方向向上(或有向上的分量)。
【典例1】　[鏈接教材P145例題]一個站在升降機上的人，用彈簧測力計提著一個質量為1 kg的魚，彈簧測力計的讀數為12 N，該人的實重為750 N，則他對升降機地板的壓力為(g取)(　　)
A．750 N　　　　　　 B．762 N
C．900 N D．912 N
思路點撥：升降機、人、魚的加速度相同，由魚可分析得到人的運動情況。另外，人對地板的壓力須考慮他手中所提的魚。
D　[1 kg的魚的重力為10 N，而彈簧測力計的拉力為12 N，可知魚所受的合力F魚＝(12－10) N＝2 N，由牛頓第二定律可知此時魚的加速度為2 m/s2，方向向上，這也表明升降機及升降機中的人也正在做加速度向上的運動，將人和魚看作一個整體，可得N－(M＋m)g＝(M＋m)a，N為地板對人向上的作用力，而人對地板的反作用力與N相等，方向向下，計算可得N＝912 N，故選D。]
　理解超重現象的兩點技巧
(1)物體處于超重狀態時，實重(即所受重力)并不變，只是視重變了，視重比實重增加了ma。
(2)決定物體超重的因素是物體具有向上的加速度，與速度無關，即物體可以向上加速運動，也可以向下減速運動。
【教材原題P145例題】　一個質量為70 kg的人乘電梯下樓。若電梯以3 m/s2的加速度勻減速下降[圖5-27(a)]，求這時他對電梯地板的壓力。(取重力加速度g＝10 m/s2)
分析　人向下做勻減速直線運動，說明加速度方向與速度方向相反，即加速度方向向上。可根據牛頓第二定律求出支持力，然后由牛頓第三定律求得人對地板的壓力。
解　以人為研究對象，受力分析如圖5-27(b)所示。
取豎直向上為正方向，設電梯地板對人的支持力大小為N。根據牛頓第二定律可得
N－mg＝ma
所以N＝m(a＋g)
＝70×(3＋10)N
＝910 N
根據牛頓第三定律，人對地板的壓力大小也等于910 N，方向豎直向下。
[跟進訓練]
1．(雙選)如圖所示，輕質彈簧的上端固定在電梯的天花板上，彈簧下端懸掛一個小球，電梯中有質量為50 kg 的乘客，在電梯運行時乘客發現輕質彈簧的伸長量始終是電梯靜止時伸長量的由此可判斷(　　)
A．乘客處于失重狀態
B．電梯可能減速下降，加速度大小為2 m/s2
C．電梯可能加速上升，加速度大小為2 m/s2
D．乘客對電梯地板的壓力為625 N
BC　[電梯靜止不動時，小球受力平衡，有mg＝kx，電梯運行時彈簧的伸長量比電梯靜止時大，說明彈力變大了，根據牛頓第二定律，有kx－mg＝ma，解得a＝2 m/s2，方向豎直向上，電梯可能加速上升或減速下降，乘客處于超重狀態，故B、C符合題意，A不符合題意；以乘客為研究對象，根據牛頓第二定律可得FN－Mg＝Ma，解得FN＝600 N，由牛頓第三定律可知乘客對電梯地板的壓力大小為600 N，故D不符合題意。]
考點2　失重現象
1．對失重現象的理解
(1)從力的角度看：失重時物體受到的豎直懸繩(或測力計)的拉力或水平支撐面(或臺秤)的支持力小于重力，好像重力變小了，正是由于這樣，把這種現象定義為失重。
(2)從加速度的角度看：根據牛頓第二定律，處于失重狀態的物體的加速度方向向下(如圖所示)，這是物體失重的條件，也是判斷物體失重與否的依據。
2．對完全失重的理解
物體處于完全失重狀態(a＝g)時，重力全部產生加速度，不再產生壓力(如圖所示)，平常一切由重力產生的物理現象都會完全消失，如天平失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱不再產生壓強等。
【典例2】　質量為60 kg的人站在升降機中的體重計上，當升降機做下列各種運動時，體重計的讀數分別為多少？(g取)
(1)升降機勻速上升；
(2)升降機以3 m/s2的加速度勻加速下降。
思路點撥：(1)體重計讀數對應人對其壓力大小。
(2)可用轉換對象法對人受力分析。
[解析]　以人為研究對象進行受力分析，人受重力和支持力作用。
(1)升降機勻速上升時，加速度a1＝0，所以有N1－mg＝0
即N1＝mg＝600 N
由牛頓第三定律知，體重計的讀數為600 N。
(2)升降機勻加速下降時，加速度向下，人處于失重狀態，取豎直向下為正方向，
則有mg－N2＝ma2
所以N2＝m(g－a2)＝60×(10－3) N＝420 N
由牛頓第三定律知，體重計的讀數為420 N。
[答案]　(1)600 N　(2)420 N
[母題變式]
在【典例2】中，若升降機以5 m/s2的加速度減速下降呢？
[解析]　升降機和人都下降，即速度方向向下，減速則說明加速度向上，是超重狀態。
則有：N－mg＝ma
所以N＝mg＋ma＝900 N
由牛頓第三定律知，體重計讀數為900 N。
[答案]　900 N
　超重、失重問題的處理方法
(1)用牛頓第二定律列方程分析。以加速度的方向為正方向列牛頓第二定律方程，求出結果后，注意運用牛頓第三定律變換成所求的結論，也要注意區分加速度的方向和速度方向。
(2)處理連接體問題時，如測力計、臺秤示數的變化問題，對于其中一個物體(或物體中的一部分)所處的運動狀態的變化，而導致系統是否保持原來的平衡狀態的判斷問題，可以根據系統的重心發生的超重、失重現象進行分析判斷。
[跟進訓練]
2．如圖所示，兩臺秤上各放裝有水的容器甲和乙，水中各有一小球通過細線分別牽拉在容器的底部和懸掛在容器的蓋板上靜止不動，此時兩臺秤的示數分別為N甲和N乙。當細線斷開后，甲容器內小球上浮，乙容器內小球下沉，設兩小球分別上浮和下沉的過程中，兩臺秤的示數分別為N甲′和N乙′，則(　　)
A．N甲′>N甲，N乙′>N乙　　 B．N甲′C．N甲′N乙 D．N甲′>N甲，N乙′B　[由于甲中小球上升，把與小球同體積的水設為一個“水球”，“水球”必然下降，小球處于超重狀態，“水球”處于失重狀態，小球和“水球”的加速度大小相等，小球超重部分為m球a，“水球”失重部分為m水a，由于m水>m球，故整體處于失重狀態，臺秤示數減小量為ΔF＝m水a－m球a＝(m水－m球)a，故N甲′m水，故整體失重，乙臺秤示數減少量為ΔF＝m球′a′－m水a′＝(m球′－m水)a′，故N乙′1．下列關于超重與失重的判斷，正確的是(　　)
A．物體做變速運動時，必處于超重或失重狀態
B．物體向下運動時，必處于失重狀態
C．做豎直上拋運動的物體，處于超重狀態
D．物體斜向上做勻減速運動，處于失重狀態
D　[判斷物體是否處于超重或失重狀態，就是看物體有沒有豎直方向上的加速度。若物體的加速度向下，則處于失重狀態。若物體的加速度向上，則處于超重狀態。A、B兩項均未指明加速度方向，無法判定是否發生超重和失重現象，A、B錯誤；D項物體的加速度斜向下，有豎直向下的分量，故處于失重狀態，D正確；C項中a＝g，且加速度方向向下，故處于完全失重狀態，C錯誤。]
2．2024年11月4日神舟十八號載人飛船經過分離、制動、再入和減速四個階段，在東風著陸場安全著陸。減速階段為：當返回艙下降至離地高度10 km時，引導傘、減速傘、主傘會依次打開，巨型的大傘為返回艙提供足夠的減速阻力，當返回艙離地高度約1 m時，底部反推發動機點火噴氣，最終以1～2 m/s的速度平穩著地。設返回艙做直線運動，則反推發動機點火減速階段(　　)
A．反推發動機要向上噴氣
B．返回艙處于失重狀態
C．傘繩對返回艙的拉力小于返回艙對傘繩的拉力
D．返回艙的重力小于除重力外其他力的合力
D　[底部反推發動機點火噴氣，其目的是受到噴出氣體向上的反作用力，使返回艙減速，根據牛頓第三定律可知，反推發動機要向下噴氣，故A錯誤；返回艙減速階段加速度方向向上，處于超重狀態，故B錯誤；根據牛頓第三定律，傘繩對返回艙的拉力等于返回艙對傘繩的拉力，故C錯誤；根據牛頓第二定律可得F其他－mg＝ma>0，可得mg3．(雙選)原來做勻速運動的升降機內，有一被拉長的彈簧拉住的具有一定質量的物體A靜止在地板上，如圖所示。現發現A突然被彈簧拉向右方，由此可判斷，此時升降機的運動情況可能是 (　　)
A．加速上升　　　　　　　 B．減速上升
C．加速下降 D．減速下降
BC　[升降機勻速運動時，物體靜止在地板上，說明物體受到的靜摩擦力與彈簧的拉力平衡，即彈簧的拉力不大于最大靜摩擦力，物體突然被拉動，說明拉力要大于最大靜摩擦力，物體被拉動前，彈簧彈力是不變的，所以最大靜摩擦力變小，其原因是物體與地板間的正壓力減小了，物體處于失重狀態，故應有向下的加速度，B、C對，A、D錯。]
4．(新情境題：以飛船發射升空過程為背景，考查超重問題)航天員在酒泉衛星發射中心乘坐飛船飛向太空。飛船升空后120 s時，逃逸塔與火箭分離，此時飛船離地的高度為39 km。(g取10 m/s2)
問題：假設這一階段飛船做勻加速直線運動，航天員的體重為63 kg，試計算該階段航天員對座椅的壓力。
[解析]　以航天員為研究對象，受重力和支持力。
s＝v0t＋at2
a＝2≈5.4 m/s2
由牛頓第二定律得：
F－mg＝ma
F＝ma＋mg
由牛頓第三定律得航天員對座椅的壓力
F′＝F≈970 N。
[答案]　970 N
回歸本節知識，完成以下問題：
(1)物體發生超重的條件是什么？
提示：物體具有豎直向上的加速度。
(2)物體發生失重現象的條件是什么？發生完全失重的條件又是什么？
提示：物體具有豎直向下的加速度時處于失重狀態，當豎直向下的加速度a＝g時，處于完全失重狀態。
課時分層作業(十七)　超重與失重
?題組　超重與失重現象
1．港珠澳大橋工程的技術及設備規模創造了多項世界紀錄，被譽為“超級大國的超級工程”。建造大橋過程中最困難的莫過于沉管隧道的沉放和精確安裝，每節沉管隧道質量約8萬噸，超過了一臺中型航母的質量。若將該沉管在向下沉放過程中看成是減速運動，關于此過程，下列說法正確的是(　　)
A．沉管所受的合外力為0
B．沉管所受合外力不為0，且方向向下
C．該沉管處于超重狀態
D．該沉管處于失重狀態
C　[由題意知沉管有向上的加速度，根據牛頓第二定律可知合力向上，故A、B錯誤；因加速度向上，所以沉管處于超重狀態，故C正確，D錯誤。]
2．AI駕駛系統在無人機競速領域擊敗了人類，開啟自動駕駛新紀元。關于無人機，下列說法正確的是(　　)
A．無人機加速時只受空氣對它的升力作用
B．無人機轉彎時受到向心力和重力作用
C．無人機在飛行過程中慣性不斷增大
D．無人機減速下降時處于超重狀態
D　[無人機加速時受到重力和空氣的升力作用，故A錯誤；無人機轉彎時受到空氣的力和重力的作用，故B錯誤；慣性只與質量有關，質量不變，慣性也不變，故C錯誤；無人機減速下降時，加速度向上，處于超重狀態，故D正確。故選D。]
3．(教材P148T5改編)“蹦極”是一項非常刺激的體育運動。某人身系彈性繩自高空P點自由下落，圖中a點是彈性繩的原長度位置，c是人所到達的最低點，b是人靜止懸吊著時的平衡位置。人在從P點下落到最低點c點的過程中　(　　)
A．人在a點時速度最大
B．人在ab段做加速度增大的加速運動，處于失重狀態
C．在bc段繩的拉力大于人的重力，人處于超重狀態
D．在c點，人的速度為零，處于平衡狀態
C　[從a點，人的重力大于彈力，加速度向下則做加速運動，根據牛頓第二定律知，加速度減小，當到達b位置，重力和彈力相等，速度最大，從b到c，重力小于彈力，加速度方向向上，向下做減速運動，處于超重狀態，故C正確，A錯誤；在ab段繩的拉力小于人的重力，加速度向下，人處于失重狀態，根據牛頓第二定律得：mg－F＝ma，繩的拉力F逐漸增加，可知加速度逐漸減小，故B錯誤；c點速度為零，加速度不為零，不是平衡狀態，故D錯誤。]
4．下列說法正確的是(　　)
A．超重時物體所受的重力不變
B．高層住宅電梯啟動瞬間，電梯中的人就處于失重狀態
C．超重就是物體所受的重力增加
D．飛機減速下降過程中，飛機中的乘客處于失重狀態
A　[處于超重與失重狀態的物體所受的重力不變，但豎直加速度導致視重變了，A對，C錯；電梯向上啟動的瞬間加速度向上，人所受的支持力變大，則壓力變大即視重變大，處于超重狀態；反之，電梯向下啟動的瞬間處于失重狀態，B錯；飛機減速下降時加速度向上，則飛機里的人處于超重狀態，D錯。]
5．打開手機加速度傳感器APP，手握手機迅速下蹲，手機記錄的圖像如圖所示，a、b分別為圖像的峰值，向上為正方向，則(　　)
A．峰值a對應時刻，人向下運動的速度最大
B．峰值b對應時刻，人向下運動的速度最大
C．峰值a對應時刻，人對地面的壓力小于自身重力
D．峰值b對應時刻，人對地面的壓力小于自身重力
D　[峰值a對應時刻，有向上的最大加速度，人在做減速運動，人對地面的壓力大于自身重力，速度不是最大，故A、C錯誤；峰值b對應時刻有向下的最大加速度，人處在失重狀態，人對地面的壓力小于自身重力，此后一段時間人仍在向下加速，所以向下的速度不是最大，故B錯誤，D正確。故選D。]
6．如圖所示，物體A、B由跨過定滑輪且不可伸長的輕繩連接，由靜止釋放，在物體A加速下降的過程中(此過程中物體B未碰到滑輪)，下列說法正確的是(　　)
A．物體A和物體B均處于超重狀態
B．物體A和物體B均處于失重狀態
C．物體A處于超重狀態，物體B處于失重狀態
D．物體A處于失重狀態，物體B處于超重狀態
D　[A加速下降，則加速度方向向下，輕繩的拉力小于A的重力，A處于失重狀態；同時B加速上升，則加速度方向向上，輕繩的拉力大于B的重力，B處于超重狀態，D正確。]
7．高蹺運動是一項新型運動，如圖所示為彈簧高蹺的結構示意圖。當人抓住扶手用力蹬踏板壓縮彈簧后，人就向上彈起，進而帶動高蹺跳躍。則下列說法正確的是(　　)
A．人向上彈起過程中，一直處于超重狀態
B．人向上彈起過程中，踏板對人的作用力大于人對踏板的作用力
C．彈簧壓縮到最低點時，高蹺對人的作用力大于人的重力
D．彈簧壓縮到最低點時，高蹺對地的壓力等于人和高蹺的總重力
C　[人向上彈起的過程中，先做加速度逐漸減小的加速直線運動(超重狀態)，而后做加速度逐漸增加的減速直線運動(失重狀態)，最后做勻減速直線運動(完全失重)到最高點，A錯誤；人向上彈起過程中，踏板對人的作用力和人對踏板的作用力屬于作用力和反作用力，二者等大反向，B錯誤；當彈簧壓縮到最低點時，人有豎直向上的加速度，根據牛頓第二定律可知，高蹺對人的作用力大于人的重力，由牛頓第三定律可知人對高蹺的作用力大于人的重力，則高蹺對地的壓力大于人和高蹺的總重力，C正確，D錯誤。]
8．如圖所示，A、B、C為三個實心小球，A為鐵球，B、C為木球。A、B兩球分別連在兩根彈簧上，C球連接在細線一端，彈簧和細線的下端固定在裝水的杯子底部，該水杯置于用繩子懸掛的靜止吊籃內。若將掛吊籃的繩子剪斷，則剪斷的瞬間相對于杯底(不計空氣阻力，ρ木<ρ水<ρ鐵)　(　　)
A．A球將向上運動，B、C球將向下運動
B．A、B球將向上運動，C球不動
C．A球將向下運動，B球將向上運動，C球不動
D．A球將向上運動，B球將向下運動，C球不動
D　[開始時A球下的彈簧被壓縮，彈力向上，B球下的彈簧被拉長，彈力向下。將掛吊籃的繩子剪斷的瞬間，系統的加速度為g，為完全失重狀態，此時水對球的浮力視為零，小球的重力也視為零，則A球將在彈力作用下相對于杯底向上運動，B球將在彈力作用下相對于杯底向下運動，C球相對于杯底不動。故選D。]
9．彈簧測力計上掛一質量為1 kg的物體，在下列各種情況下，求彈簧測力計的示數。(g取10 m/s2)
(1)以5 m/s的速度勻速上升或下降；
(2)以5 m/s2的加速度豎直加速上升；
(3)以5 m/s2的加速度豎直加速下降；
(4)以重力加速度g豎直下降。
[解析]　以物體為研究對象，在運動過程中物體僅受到兩個力的作用，如圖所示。
(1)由牛頓第二定律有T1－mg＝0，得T1＝mg＝1×10 N＝10 N。由牛頓第三定律得彈簧測力計的示數等于10 N。
(2)以5 m/s2的加速度勻加速上升時，若以向上為正方向，由牛頓第二定律有T2－mg＝ma，得T2＝m(g＋a)＝1×(10＋5)N＝15 N。由牛頓第三定律得彈簧測力計的示數為15 N(超重現象)。
(3)以5 m/s2的加速度加速下降時，若取向下為正方向，由牛頓第二定律有mg－T3＝ma1，得T3＝m(g－a1)＝1×(10－5)N＝5 N。由牛頓第三定律得彈簧測力計的示數為5 N(失重現象)。
(4)以重力加速度g豎直下降時，若取向下為正方向，由牛頓第二定律有mg－T4＝ma2，因為a2＝g，得T4＝m(g－a2)＝0。由牛頓第三定律得彈簧測力計的示數為零(完全失重現象)。
[答案]　(1)10 N　(2)15 N　(3)5 N　(4)0
10．(雙選)某實驗小組，利用DIS系統觀察超重和失重現象。他們在電梯內做實驗，在電梯的地板上放置一個壓力傳感器，在傳感器上放一個重力大小為20 N的物塊，如圖甲所示。實驗中計算機顯示出傳感器所受物塊的壓力大小隨時間變化的關系如圖乙所示。根據圖像分析得出的結論正確的是(　　)
甲　　　　　　　　　　　　乙
A．從時刻t1到t2，物塊處于失重狀態
B．從時刻t3到t4，物塊處于失重狀態
C．電梯可能開始停在低樓層，先加速向上，接著勻速向上，再減速向上，最后停在高樓層
D．電梯可能開始停在高樓層，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最后停在低樓層
AD　[從時刻t1到t2，傳感器受到的壓力小于物塊的重力，物塊處于失重狀態，加速度向下，故A正確；從時刻t3到t4，傳感器受到的壓力大于物塊的重力，物塊處于超重狀態，加速度向上，故B錯誤；如果電梯開始停在低樓層，先加速向上，接著勻速向上，再減速向上，最后停在高樓層，那么壓力應先等于重力、再大于重力、然后等于重力、小于重力、最后等于重力，不符合題圖，故C錯誤；如果電梯開始停在高樓層，先加速向下，接著勻速向下，再減速向下，最后停在低樓層，那么壓力應該是先等于重力、再小于重力、然后等于重力、大于重力、最后等于重力，與題圖相符，故D正確。故選A、D。]
11．某人在地面上最多可舉起50 kg的物體，當他在豎直向上運動的電梯中最多舉起了60 kg的物體時，電梯加速度的大小和方向為(g取10 m/s2)(　　)
A．2 m/s2　豎直向上
B． m/s2　豎直向上
C．2 m/s2　豎直向下
D． m/s2　豎直向下
D　[由題意可知，在地面上，人能承受的最大壓力為Fm＝mg＝500 N，在電梯中人能舉起60 kg物體，物體一定處于失重狀態，對60 kg的物體：m′g－Fm＝m′a，即a＝ m/s2＝ m/s2，所以選項D正確。]
12．2024年10月30日，伴隨著“三、二、一”的倒計時聲，“神舟十九號”在長征二號F遙十九運載火箭的推動下順利進入太空。下列關于火箭在豎直方向加速起飛過程的說法正確的是(　　)
A．火箭加速上升時，航天員對座椅的壓力大于航天員的重力
B．火箭加速上升時，航天員處于超重狀態，重力增大
C．火箭加速上升時，航天員對座椅的壓力大于座椅對航天員的支持力
D．火箭噴出的熱氣流對火箭的作用力大于火箭對熱氣流的作用力
A　[火箭加速上升時，加速度方向向上，根據牛頓第二定律可知航天員受到的支持力大于自身的重力，由牛頓第三定律知航天員對座椅的壓力等于支持力大小，即壓力大于重力大小，A正確，C錯誤；超重和失重過程中，航天員的重力不發生變化，B錯誤；火箭噴出的熱氣流對火箭的作用力與火箭對熱氣流的作用力是作用力和反作用力，二者等大反向，D錯誤。故選A。]
13．摩天大樓中一部直通高層的客運電梯，行程超過百米。電梯的簡化模型如圖甲所示。考慮安全、舒適、省時等因素，電梯的加速度a是隨時間t變化的。已知電梯在t＝0時由靜止開始上升，a-t圖像如圖乙所示，取向上為正方向。電梯總質量m＝2.0×103 kg。忽略一切阻力，重力加速度g取10 m/s2。
甲　　　　　　　　　　　　　乙
(1)求電梯在上升過程中受到的最大拉力F1和最小拉力F2。
(2)類比是一種常用的研究方法。對于直線運動，教科書中講解了由v-t圖像求位移的方法。請你借鑒此方法，對比加速度和速度的定義，根據圖乙所示a-t圖像，回答下列問題：
①求電梯在第1 s內的速度改變量Δv1的大小和第2 s末的速率v2；
②寫出電梯在第1 s內的加速度與時間的關系式、速度與時間的關系式。
[解析]　(1)由牛頓第二定律有F－mg＝ma，由a-t 圖像可知，F1和F2對應的加速度分別是a1＝，a2＝－1.0 m/s2
F1＝m(g＋a1)＝2.0×103×(10＋1.0)N＝2.2×104 N
F2＝m(g＋a2)＝2.0×103×(10－1.0)N＝1.8×104 N。
(2)①類比可得，所求速度變化量等于第1 s內a-t圖線與橫軸圍成的面積，即Δv1＝0.50 m/s
同理前2 s內速度變化量Δv2＝v2－v0＝1.5 m/s
v0＝0，第2 s末的速率v2＝Δv2＝1.5 m/s。
②由a-t圖像可知，第1 s內的加速度與時間的關系式、速度與時間的關系式分別為
a＝1.0t(m/s2)，v＝Δv＝at＝0.5t2(m/s)。
[答案]　(1)2.2×104 N　1.8×104 N
(2)①0.50 m/s　1.5 m/s　②見解析
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