高一物理：失重与超重

摘要：乘坐电梯：当电梯加速上升时，人会体验到超重。此时人对电梯地板的压力大于自身重力，会感觉身体变重。

超重和失重现象在生活中有很多体现。

在超重方面：

1.乘坐电梯：当电梯加速上升时，人会体验到超重。此时人对电梯地板的压力大于自身重力，会感觉身体变重。

2.跳楼机：跳楼机迅速上升阶段，人也处于超重状态，身体承受的压力增大，能感受到强烈的超重带来的刺激感。

在失重方面：

1.乘坐电梯：电梯加速下降时，人会有失重感，好像身体变轻了。此时人对电梯地板的压力小于自身重力。

2.过山车：当过山车从高处快速俯冲时，会产生失重现象，让人感觉心提到嗓子眼，这是因为身体短暂失去部分重力支撑而产生的奇妙体验。

超重失重随处见，其实重力没有变。

一：视重

视重是指物体与支持物相对静止时，支持物对物体的支持力或悬挂物对物体的拉力大小。比如，当你站在体重秤上，体重秤的示数就是你的视重。在正常情况下（静止在地面上），视重等于实际重力。但在一些特殊情况就不同了。如果人站在电梯里，当电梯加速上升时，根据牛顿第二定律可得支持力N - mg = ma（m是人的质量，a是加速度，g是重力加速度），此时N = m(g + a)，视重（体重秤示数）大于实际重力；当电梯加速下降时，mg - N = ma，N = m(g - a)，视重就小于实际重力。

体重计的示数是视重，只有在平衡状态时才等于实重。

二：实重

实重就是物体的实际重力mg。实重是指物体实际所受的重力。它是由地球对物体的引力产生的，大小为G = mg，其中m是物体的质量，g是当地的重力加速度。例如，一个质量为5kg的物体，在地球上大部分地区g=9.8N/kg，那下蹲动作。观察计算机采集的图线。

呈现的是某人下蹲过程中力传感器的示数随时间变化的情况。很明显，图线直观地描绘了人在下蹲过程中力传感器的示数先变______，后变______，再变______，最后保持某一数值—________的全过程。

如图，

图线显示的是某人站在力传感器上，先“下蹲”后“站起”过程中力传感器的示数随时间的变化情况。请你分析力传感器上的人“站起”过程中超重和失重的情况。

三：失重

失重：视重小于实重

力角度：支持物支持力或悬绳拉力小于重力

加速度角度：加速度向下或斜向下

运动情况：加速下降或减速上升。

完全失重：a=g，FN=0.

完全失重情况下所有与重力有关的现象将全部消失，好像没有重力一样，如自由落体运动消失，不能用天平测质量，液体的压强，浮力将为零，水银压强计、天平将无法使用；摆钟停摆；弹簧测力计不能测重力(仍可以测拉力)等。

航天器内人和物体都处于完全失重状态中，喝水困难，挤吃牙膏状食物。

局部失重：在体重计上“点头哈腰”，引起体重计示数变化。

m的不同运动引起地面支持力的变化。

四：超重

超重：视重大于超重

力角度：支持物支持力或悬绳拉力大于重力

加速度角度：加速度向上或斜向下上

运动情况：加速上升或减速下降。

局部超重：物体的一部分处于超重状态。

地面对斜面体支持力大于二者重力之和。

五：等效重力加速度

在非惯性参考系中，重力加速度和非惯性力竖直方向产生的加速度合成称为等效重力加速度。

六：超重失重对人体影响

超重是物体对支持物的压力超重对人体的影响主要包括：

1.血液分布改变：在超重状态下，血液会由于惯性而向下半身转移，导致头部血液供应减少，可能会使人产生头晕、目眩的感觉。

2.身体承受压力增大：身体各部分要承受比平时更大的压力，对骨骼和肌肉等支撑结构的压力增强。例如在加速上升的电梯中，人会感觉身体变重，腿部压力增大。

失重对人体也有诸多影响：

1.体液头向转移：在失重环境下，体液会向头部转移，致使脸部浮肿、头胀。

2.肌肉萎缩和骨质流失：因为不需要克服重力来支撑身体，肌肉和骨骼的负担减轻，长时间可能导致肌肉萎缩和骨质流失。像宇航员在太空长期失重环境中就会出现这种情况。

3.空间定向障碍：在失重时，人体的前庭系统(头部平衡运动的装置)和本体感觉系统会受到干扰，易产生空间定向障碍，出现分不清上下左右的情况。

例题：如图所示，

跳高运动员起跳后向上运动，越过横杆后开始向下运动，则运动员越过横杆前、后在空中运动的过程中，下列说法正确的是

A．一直处于超重状态

B．一直处于失重状态

C．先处于超重状态，后处于失重状态

D．先处于失重状态，后处于超重状态

例题：跳伞是一种极限运动。某跳伞运动员从悬崖高空跳下，在t₁时刻打开降落伞，他从跳下到落地的过程中，沿竖直方向运动的v-t图象如图，

下列说法正确的是

A．在0～t₁时间内跳伞运动员处于失重状态

B．在0～t₂时间内跳伞运动员和伞整体所受空气阻力越来越小

C．在t₁～t₂时间内跳伞运动员和伞整体所受空气阻力大于其重力

D．在t₁～t₂时间内跳伞运动员的平均速度大小等于(v₁+v₂)/2

例题：如图甲所示，质量为m=2kg的物块挂在弹簧秤的下端，在弹簧秤的拉力作用下沿竖直方向从静止开始做直线运动。取竖直向上为正方向，物块的加速度随时间的变化关系如图乙所示，

弹簧秤始终在弹性限度内。重力加速度g=10m/s²。下列说法正确的是

A．0~4s内物块先超重后失重，弹簧秤的示数先增大后减小

B．2s~6s内物块先超重后失重，速度变化量为零

C．0~6s内物块先失重后超重，6s时物块的运动方向向下

D．弹簧秤在2s末和6s末的示数相同，物块在2s末和6s末速度等大反向

例题：厢式电梯里的台秤秤盘上放着一物体，在电梯运动过程中，某人在不同时刻拍下了甲、乙、丙三张照片，如图所示，

乙图为电梯匀速运动时的照片。从这三张照片可判定

A. 拍摄甲照片时，电梯一定处于加速下降状态

B. 拍摄丙照片时，电梯可能处于减速上升状态

C. 拍摄丙照片时，电梯一定处于加速上升状态

D. 拍摄甲照片时，电梯可能处于匀速下降状态

例题：蹦床属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。某次比赛过程中，一运动员做蹦床运动时，利用力传感器测得运动员所受蹦床弹力随时间的变化图像如图所示。

若运动员仅在竖直方向运动，不计空气阻力，取重力加速度大小。依据图像给出的信息，关于运动员的下列说法正确的是

A. 最大加速度为55m/s²

B. 在9.3s∽10.1s内速度先减小后增大

C. 离开蹦床后上升的最大高度为20m

D. 受到蹦床弹力大于600N时均处于超重状态

例题：人站在力传感器上完成下蹲、起立动作。计算机采集到力传感器的示数F随时间t变化的图像如图所示。

下列说法正确的是

A．a到c过程中人处于超重状态

B．c到e过程中人处于超重状态

C．a到e为“下蹲—起立”过程

D．a到e为“起立—下蹲”过程

例题：图甲是某人站在接有传感器的地板上做下蹲、起跳和回落动作的示意图，图中的小黑点表示人的重心，图乙是地板所受压力随时间变化的图像，取重力加速度g=10m/s²。

根据图像分析可知

A．b到c的过程中，人先处于失重状态再处于超重状态

B．人的重力可由b点读出，约为500N

C．f点是人在双脚离开地板的过程中上升最高的点

D．人上升的最大高度约为0.3125m

例题：如图所示，

电梯与水平地面成θ角，一人静止站在电梯水平梯板上，电梯以恒定加速度a向上启动过程中，水平梯板对人的支持力和摩擦力分别为N和f。若电梯启动加速度改为2a（人与电梯仍相对静止），则下面结论正确的是

A．水平梯板对人的摩擦力变为2f

B．水平梯板对人的支持力变为2N

C．电梯加速启动过程中，人处于失重状态

D．水平梯板对人的摩擦力方向向左

例题：如图所示，

质量为M、倾角的斜面体始终静止在水平桌面上，质量为m的木块沿光滑斜面自由下滑，重力加速度大小为g。下列结论正确的是

A．木块处于失重状态

B．木块对斜面体的压力大小为mg/2

C．桌面对斜面体的摩擦力大小为√3mg/4

D．桌面对斜面体的支持力大小为(M+m)g

例题：如图所示，

一人站在电梯内的一台磅秤上，当电梯沿竖直方向加速上升或加速下降时，将看到磅秤的示数会变大或变小，把这种现象叫“超重”或“失重”。当电梯以大小为a的加速度加速上升时，可认为重力加速度大小由g变为g′=g+a，这时秤面的压力大小为T=mg′=m(g+a)；反之电梯以相同大小的加速度加速下降时，有g′=g-a，T=mg′=m(g-a)。可将g′称为等效重力加速度。下列说法正确的是

A．当电梯处于超重状态时，电梯一定上升

B．当电梯处于失重状态时，电梯一定下降

C．当等效重力加速度g′等于0时，电梯处于完全失重状态

D．当等效重力加速度g′等于g时，电梯处于完全失重状态

例题：如图所示，