高中物理学习过程中超重、失重的判断技巧

刘思苪

【摘 要】生活中，我们身边时刻发生着失重和超重的现象，而在高中课程的学习中，失重和超重也是作为牛顿运动定律的典型应用。那么，怎样才能够准确的判断出失重或是超重现象呢？本文将会在以下内容中对这一问题进行探讨和解答。

【关键词】失重；超重；牛顿第二定律；判断方法

一、正确认识失重和超重

当一个物體处于一种非平衡的状态，它对支持物的压力或它对悬挂物体的拉力比它受到的重力大的时候，那么这个物体此时就处于超重状态。相反，当一个物体它对支持物的压力或者说它对其悬挂物体的拉力比它受到重力要小的时候就说这个物体处于失重状态。

我们可以从动力学和运动学两个方面去分析超重和失重现象。从运动学的角度来看，当一个物体的运动状态为减速向下运动或加速向上运动的时候可以判断出此物体处于超重状态；相对应的，当物体的运动状态为降速向上运动或者加速向下运动的时候，这个物体处于失重状态。从动力学的角度来看，具有向上加速度的物体在超重状态，具有一个向下的加速度的物体在失重状态。

二、对失重和超重的具体分析

超重情况下，即向上加速运动的电梯中，这个电梯给电梯中乘客的支撑力根据动力学可知：F-mg=ma，而电梯匀速运动时，由于电梯受力平衡所以电梯对乘客的支持力F等于物体本身所受到的重力，与加速向上的运动情况对比物体实际受到的重力比视重少了ma；失重时，即电梯的运动状态为向下加速运动，通过动力学分析可得：ma=mg-F，而电梯匀速运动时其电梯内乘客的受力情况为电梯给其的支持力F=mg，对比两种情况下电梯内乘客的受力情况可得乘客的实际重力比视重多了ma，其中a为电梯加速度。当物体对其支持物的压力或者说对其悬挂物的拉力为零时，这个物体处于完全失重状态。完全失重所造成的有趣的物体现象有体重计、沙漏、单摆及天平完全失效。

三、对失重、超重的正确判断技巧

由于学习时积累的知识和经验不够多，大多数的我们会因为理解的不透彻会对失重和超重现象产生一些看似合理其实经不住推敲和验证的错误观念。这样的观念会导致我们在做题练习的时候得出正确或错误的答案，对我们产生很大的困扰，因为这些错误的观念并不是适应所有的运动系统的。同学们常见的错误观念有以下几种：1.当物体处于失重或者超重运动状态下时，物体受到的重力会变化甚至消失，但其实物体始终受到重力，并且其所受的重力大小上没有变化；2.在物体运动方向上的加速度都会产生失重或超重现象，其实并非如此，物体的失重或超重现象只发生在其所受重力的方向上具有加速或者减速状态时，以地球为坐标系，在水平方向上加速或减速运动的物体不会产生失重或超重现象；3.视重常等于物体重力。事实上，视重是指物体对其悬挂物的拉力或者支持物的压力大小，仅仅当物体处于平衡状态即静止或匀速运动时它的视重大小才等于重力大小；4.仅仅依靠判断物体加速度方向的方法确定物体的失重超重状态。这一点是很多同学都会犯的错误，以下就以两个例子来为什么这种判别方法是错误的。

1.升降机中有一个质量为m的物体，分析以下情况下物体对升降机的压力。

（1）升降机向上加速运动，且加速度为a。

（2）升降机向上减速运动，且加速度为a。

解：令升降机对物体的支持力为F

（1）F-mg=ma，F=mg+ma即F>mg所以物体处于超重状态。

（2）F-mg=-ma，F=-ma+mg即F

这一题的失重超重判断结果和加速度方向判断吻合。

2.一个质量为10kg的物体挂在弹簧秤上，且受到一个大小为15N的空气阻力，当物体匀减速上升且加速度为1m/s2时，弹簧秤受到的拉力为多少？

解：令空气阻力为f，拉力为F，根据牛顿第二定律

F-f-mg=-ma，F=f+mg-ma=15+100-10=105N。即F>mg，与超重现象相符合。但是，由加速度方向判断其失重超重状态时，得到的却是物体处于失重状态。所以，当物体加速下降或者加速上升，且物体运动时受到阻力时仍可用判断加速度的方向判断出正确的失重超重状态，但是当物体减速下降或减速上升时，判断加速度方向的方法将会失效与实际情况相矛盾。所以，采用判断加速度的方向来判断物体失重超重状态是错误的，平时我们做题的时候应该用计算物体对其支持物的压力或者悬挂物的拉力来判断物体状态。

四、总结判断技巧

1.可从物体的受力状态判断，当物体受到的重力小于其所受到的向上的支持力或者拉力时，这个物体超重状态，相反的，当其受到的重力大于其所受到的向上的支持力或者拉力时，物体便处于失重状态，若物体受到的拉力或者支持力为零时物体处于完全失重。

2.从物体速度的变化方向判断，当物体向下减速或者向上加速运动时，物体处于超重状态；当物体向上减速或者向下加速运动时，物体处于失重状态。平时运动失重和超重规律分析问题的时候，其判断的范围除了单个物体垂直方向运动还可以对整个物体系或在多个方向都有加速运动的物体进行判断分析。尤其是对一些有多个物体共同组成的物体系，它们的加速下降或加速上升的问题可以等效为其重心上一个质量相等的质点的失重超重状态，也就是判断其系统重力与接触面压力大小。

五、结语

综上所述，超重或失重状态下物体重力不变更不会消失，变化的只是支持物对物体的支持力或悬挂物对物体的拉力。当物体在重力方向上有加速度时物体便有失重或者超重现象。物体的重力和竖直方向上的加速度共同决定物体的失重超重状态。不仅仅是失重超重状态，想要学好物理这一门课我们需要从根本原理出发，充分的理解之后才能在做题的时候得心应手。

【参考文献】

[1]陈明媚.超重、失重的另一种认识.物理教学探讨，2012.30（8）：41-42

[2]黄书鹏.“超重”与“失重”概念教学引发的思考田[J].中学物理教学参考，2014.45（5）：19-21（栏目编辑 罗碗华）

[3]郭旺.加速度向下就一定是失重吗[J].物理通报，2007（3）：63-64

[4]阎金铎，郭玉英.中学物理教学概论.北京：高等教育出版社，2009：143