考点13 超重和失重——2021年高考物理专题复习附真题及解析

考点13 超重和失重
考点解读
1．超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了。

在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）发生了变化（即“视重”发生变化）。

2．只要物体有向上或向下的加速度，物体就处于超重或失重状态，与物体向上运动还是向下运动无关。

3．尽管物体的加速度不是在竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态。

4．物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的，其大小等于ma。

5．物体处于超重状态还是失重状态取决于加速度的方向，与速度的大小和方向没有关系。

下表列出了加速度方向与物体所处状态的关系。

特别提醒：不论是超重、失重、完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变。

6．超重和失重现象的判断“三”技巧
（1）从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力（或支持力）大于重力时，物体处于超重状态，小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态。

（2）从加速度的角度判断，当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态。

（3）从速度变化角度判断
①物体向上加速或向下减速时，超重；
②物体向下加速或向上减速时，失重。

重点考向
考向 超重和失重
典例引领
（2020·山东省高三一模）高空跳伞是空降兵的必修科目，在某次训练中，一空降兵从悬停在空中的直升飞机上自由跳下，从跳离飞机到落地的过程中空降兵沿竖直方向运动的v —t 图像如图所示，最终空降兵以0v 的速度落地。

下列说法正确的是（ ）
A ．0~t l 时间内，空降兵所受阻力不断增大
B ．t 1~t 2时间内，空降兵处于超重状态
C ．t 1~t 2时间内，空降兵运动的加速度大小增大
D ．t 1~t 2时间内，空降兵运动的平均速度大小10
2
v v v +>
变式拓展
1．（2020·定远县民族学校高一月考）如图所示，一根跨过一固定的水平光滑细杆的轻绳两端拴有两个小球，球a 置于水平地面上，球b 被拉到与细杆同一水平的位置，把绳拉直后，由静止释放球b ，当球b 摆到O 点正下方时，球a 对地面的压力大小为其重力的 1
3
，已知图中Ob 段的长度小于Oa 段的长度，不计空气阻力，则（ ）
A ．球b 下摆过程中处于失重状态
B ．球b 下摆过程中向心加速度变小
C ．当球b 摆到O 点正下方时，球b 所受的向心力为球a 重力的23
D ．两球质量之比m a ：m b =9：2 【答案】D
练习精选
考点闯关
1．（2020·北京高三二模）很多智能手机都有加速度传感器。

小明把手机平放在手掌上，打开加速度传感器，记录手机在竖直方向上加速度的变化情况。

若手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机，手机屏幕上获得的图像如图甲所示。

以下实验中手机均无翻转。

下列说法正确的是
A．若将手机竖直向上抛出再落回手掌中，所得图像可能如图乙所示
B．若保持手托着手机，小明做下蹲动作，整个下蹲过程所得图像可能如图丙所示
C．若手托着手机一起由静止竖直向上运动一段时间后停止，所得图像可能如图丁所示
D．手机屏幕上的图像出现正最大值时，表明手机处于失重状态
2．（2020·北京高三二模）若货物随升降机沿竖直方向运动的v-t图象如图所示，取竖直向上为正方向，则货物受到升降机的支持力F与时间t关系的图像可能是（）
、
A．B．
C．D．
3．（2020·天津高三二模）我国已掌握“半弹道跳跃式高速再入返回技术”，为实现“嫦娥”飞船月地返回任务奠定基础.如图虚线为地球大气层边界，返回器与服务舱分离后，从a 点无动力滑入大气层，然后经b 点从c 点“跳”出，再经d 点从e 点“跃入”实现多次减速，可避免损坏返回器。

d 点为轨迹最高点，离地面高h ，已知地球质量为M ，半径为R ，引力常量为G 。

则返回器（ ）
A ．在d 点处于超重状态
B ．从a 点到e 点速度越来越小
C ．在d 点时的加速度大小为
2
GM
R D ．在d 点时的线速度小于地球第一宇宙速度
4．（2020·浙江省高三月考）由于生活水平的不断提升，越来越多的家庭拥有了私家轿车，造成车位难求的现象，因此很多停车场采用了多层停车的结构。

若车子被“移送”停在上层，车主想使用汽车时就需要车库管理员把车子“移送”到下层。

如图是管理员正在“移送”车辆的过程。

假设“移送”过程中车辆相对于底板始终静止，底板始终保持水平，则下列说法正确的是（ ）
A ．车子在被水平向右“移送”的过程中，车子对底板的摩擦力一直水平向左
B ．车子在被水平向右“移送”的过程中，底板对车子的摩擦力不可能水平向左
C ．车子在被竖直向下“移送”的过程中，车子对底板的力可能小于底板对车子的力
D．车子在被竖直向下“移送”的过程中，底板对车子的力可能大于车子自身的重力
5．（2020·浙江省高一期中）湖南省张家界武陵源风景区内有一座建造在悬崖上的观光电梯，如图所示，该电梯垂直高度达335米，是目前世界上最高的双层户外观光电梯，同时也是载重最大、速度最快的客运电梯，被誉为“世界第一梯”。

假如你站在该观光电梯内，某段时间内你感觉到双脚“很受力”，下列说法正确的是（）
A．一定是你的重力变大了
B．你可能正处于失重状态
C．电梯可能处于下行阶段
D．电梯一定正在加速运行
6．（2019·湖南长沙一中高三月考）女子十米跳水比赛中，运动员从跳台斜向上跳起，一段时间后落入水中，如图，不计空气阻力，下列说法正确的是
A．离开跳台后，她在空中上升过程中处于超重状态
B．她在下降至水中最低点时，机械能最小
C．她即将入水的速度为整个跳水过程中的最大速度
D．入水过程她的重力势能一直在增大
7．如图所示，小芳在体重计上完成下蹲动作，下列反映体重计示数随时间变化的F–t图象可能正确的是
A．B．
C．D．
8．（2019·广东高三高考模拟）2019年央视春晚加入了非常多的科技元素，在舞台表演中还出现了无人机。

现通过传感器将某台无人机上升向前追踪拍摄的飞行过程转化为竖直向上的速度v y及水平方向速度v x 与飞行时间t的关系图象如图所示。

则下列说法正确的是
A．无人机在t1时刻处于失重状态
B．无人机在0~t2这段时间内沿直线飞行
C．无人机在t2时刻上升至最高点
D．无人机在t2~t3时间内做匀变速运动
9．小明家住10层。

他放学后，乘坐电梯从1层直达10层。

假设电梯刚起动时做匀加速直线运动，中间一段时间内做匀速直线运动，最后一段时间内做匀减速直线运动。

在电梯从1层直达10层的过程中，下列说法正确的是
A．电梯刚起动时，小明处于失重状态
B．电梯刚起动时，小明处于超重状态
C．在超重或失重过程中，小明的体重发生了变化
D．电梯运动的加速度方向发生了变化
10．（2019·六盘水市第七中学高三月考）若货物随升降机运动的v t 图象如图所示（竖直向上为正），则下列说法中正确的是
A ．03t 到06t 合外力对货物所做功为0到03t 的两倍
B ．06t 到07t 过程中货物的机械能一直增大
C ．整个过程中，升降机的支持力对货物不做功
D ．整个过程中，0到03t 升降机对货物的支持力最大
体验高考
11．（2014·北京卷）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 ．受托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态 B ．受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
解析附后
考向 超重和失重
典例引领
【参考答案】B
【详细解析】A ．由速度时间图像可知，0~t l 时间内，空降兵做匀加速运动，故其受到的阻力不变，故A 错误；
B ．t 1~t 2时间内，空降兵向下做减速运动，其加速度向上，故处于超重状态，故B 正确；
C ．速度时间图像的切线表示加速度，由图像可知，t 1~t 2时间内加速度不断减小，故C 错误；
D ．t 1~t 2时间内若空降兵做匀减速运动，则其平均速度为10
2
v v v +=，由图像可知其位移小于匀减速运动的位移，故其平均速度10
2
v v v +<，故D 错误。

故选B 。

变式拓展
1．【答案】D
【解析】A ．球b 下落过程中，做圆周运动，速度不断增大，而竖直方向的速度先增大后减小，即竖直加速度先向下后向上，小球处于先失重后超重，故A 错误；
B ．b 球速度增大，根据2
v a r
=可知，向心加速度增大，故B 错误；
C ．当球b 摆到O 点正下方时，球a 对地面的压力大小为其重力的
1
3
，则 F +F N =m a g
解得
F ＝
23
m a g 球b 所受的向心力为
F 向=F -m b g =
2
3
m a g−m b g 故C 错误；
D ．设Ob 绳长为l ，在下落过程中，根据动能定理可知
21
2
b b m gl m v ＝
则
2
b m v F l
向＝ 联立解得
m a ：m b =9：2
故D 正确。

故选D 。

练习精选
1．A 【解析】A ．若手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落，然后接住手机，手机先加速后减速，加速度先竖直向下，再竖直向上。

由图甲可知加速度竖直向下时为负值。

若将手机竖直向上抛出再落回手掌中，手机先竖直向上加速然后竖直上抛运动最后竖直向下减速，加速度方向先竖直向上然后竖直向下最后竖直向上，即先正然后负最后正，所得图像可能如图乙所示，故A 正确；
B ．若保持手托着手机，小明做下蹲动作，手机先竖直向下加速然后竖直向下减速，加速度方向先竖直向下然后竖直向上，即先负后正，整个下蹲过程所得图像不可能如图丙所示，故B 错误；
C ．若手托着手机一起由静止竖直向上运动一段时间后停止，手机先竖直向上加速最后竖直向上减速，加速度方向先竖直向上最后竖直向下，即先正最后负，所得图像不可能如图丁所示，故C 错误；
D ．手机屏幕上的图像出现正最大值时，说明加速度方向竖直向上，处于超重状态，故D 错误。

故选A 。

2．B 【解析】根据速度时间图线可知，货物先向下做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得
mg -F =ma
解得
F =mg -ma ＜mg
t 1-t 2时间内做匀速直线运动
F =mg
t 2-t 3时间内向下做匀减速直线运动，根据牛顿第二定律得
F -mg =ma
解得
F =mg +ma ＞mg
t 3-t 4时间内向上做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律得。