高中物理學習過程中超重、失重的判斷技巧

劉思苪

【摘 要】生活中，我們身邊時刻發生著失重和超重的現象，而在高中課程的學習中，失重和超重也是作為牛頓運動定律的典型應用。那么，怎樣才能夠準確的判斷出失重或是超重現象呢？本文將會在以下內容中對這一問題進行探討和解答。

【關鍵詞】失重；超重；牛頓第二定律；判斷方法

一、正確認識失重和超重

當一個物體處于一種非平衡的狀態，它對支持物的壓力或它對懸掛物體的拉力比它受到的重力大的時候，那么這個物體此時就處于超重狀態。相反，當一個物體它對支持物的壓力或者說它對其懸掛物體的拉力比它受到重力要小的時候就說這個物體處于失重狀態。

我們可以從動力學和運動學兩個方面去分析超重和失重現象。從運動學的角度來看，當一個物體的運動狀態為減速向下運動或加速向上運動的時候可以判斷出此物體處于超重狀態；相對應的，當物體的運動狀態為降速向上運動或者加速向下運動的時候，這個物體處于失重狀態。從動力學的角度來看，具有向上加速度的物體在超重狀態，具有一個向下的加速度的物體在失重狀態。

二、對失重和超重的具體分析

超重情況下，即向上加速運動的電梯中，這個電梯給電梯中乘客的支撐力根據動力學可知：F-mg=ma，而電梯勻速運動時，由于電梯受力平衡所以電梯對乘客的支持力F等于物體本身所受到的重力，與加速向上的運動情況對比物體實際受到的重力比視重少了ma；失重時，即電梯的運動狀態為向下加速運動，通過動力學分析可得：ma=mg-F，而電梯勻速運動時其電梯內乘客的受力情況為電梯給其的支持力F=mg，對比兩種情況下電梯內乘客的受力情況可得乘客的實際重力比視重多了ma，其中a為電梯加速度。當物體對其支持物的壓力或者說對其懸掛物的拉力為零時，這個物體處于完全失重狀態。完全失重所造成的有趣的物體現象有體重計、沙漏、單擺及天平完全失效。

三、對失重、超重的正確判斷技巧

由于學習時積累的知識和經驗不夠多，大多數的我們會因為理解的不透徹會對失重和超重現象產生一些看似合理其實經不住推敲和驗證的錯誤觀念。這樣的觀念會導致我們在做題練習的時候得出正確或錯誤的答案，對我們產生很大的困擾，因為這些錯誤的觀念并不是適應所有的運動系統的。同學們常見的錯誤觀念有以下幾種：1.當物體處于失重或者超重運動狀態下時，物體受到的重力會變化甚至消失，但其實物體始終受到重力，并且其所受的重力大小上沒有變化；2.在物體運動方向上的加速度都會產生失重或超重現象，其實并非如此，物體的失重或超重現象只發生在其所受重力的方向上具有加速或者減速狀態時，以地球為坐標系，在水平方向上加速或減速運動的物體不會產生失重或超重現象；3.視重常等于物體重力。事實上，視重是指物體對其懸掛物的拉力或者支持物的壓力大小，僅僅當物體處于平衡狀態即靜止或勻速運動時它的視重大小才等于重力大小；4.僅僅依靠判斷物體加速度方向的方法確定物體的失重超重狀態。這一點是很多同學都會犯的錯誤，以下就以兩個例子來為什么這種判別方法是錯誤的。

1.升降機中有一個質量為m的物體，分析以下情況下物體對升降機的壓力。

（1）升降機向上加速運動，且加速度為a。

（2）升降機向上減速運動，且加速度為a。

解：令升降機對物體的支持力為F

（1）F-mg=ma，F=mg+ma即F>mg所以物體處于超重狀態。

（2）F-mg=-ma，F=-ma+mg即F

這一題的失重超重判斷結果和加速度方向判斷吻合。

2.一個質量為10kg的物體掛在彈簧秤上，且受到一個大小為15N的空氣阻力，當物體勻減速上升且加速度為1m/s2時，彈簧秤受到的拉力為多少？

解：令空氣阻力為f，拉力為F，根據牛頓第二定律

F-f-mg=-ma，F=f+mg-ma=15+100-10=105N。即F>mg，與超重現象相符合。但是，由加速度方向判斷其失重超重狀態時，得到的卻是物體處于失重狀態。所以，當物體加速下降或者加速上升，且物體運動時受到阻力時仍可用判斷加速度的方向判斷出正確的失重超重狀態，但是當物體減速下降或減速上升時，判斷加速度方向的方法將會失效與實際情況相矛盾。所以，采用判斷加速度的方向來判斷物體失重超重狀態是錯誤的，平時我們做題的時候應該用計算物體對其支持物的壓力或者懸掛物的拉力來判斷物體狀態。

四、總結判斷技巧

1.可從物體的受力狀態判斷，當物體受到的重力小于其所受到的向上的支持力或者拉力時，這個物體超重狀態，相反的，當其受到的重力大于其所受到的向上的支持力或者拉力時，物體便處于失重狀態，若物體受到的拉力或者支持力為零時物體處于完全失重。

2.從物體速度的變化方向判斷，當物體向下減速或者向上加速運動時，物體處于超重狀態；當物體向上減速或者向下加速運動時，物體處于失重狀態。平時運動失重和超重規律分析問題的時候，其判斷的范圍除了單個物體垂直方向運動還可以對整個物體系或在多個方向都有加速運動的物體進行判斷分析。尤其是對一些有多個物體共同組成的物體系，它們的加速下降或加速上升的問題可以等效為其重心上一個質量相等的質點的失重超重狀態，也就是判斷其系統重力與接觸面壓力大小。

五、結語

綜上所述，超重或失重狀態下物體重力不變更不會消失，變化的只是支持物對物體的支持力或懸掛物對物體的拉力。當物體在重力方向上有加速度時物體便有失重或者超重現象。物體的重力和豎直方向上的加速度共同決定物體的失重超重狀態。不僅僅是失重超重狀態，想要學好物理這一門課我們需要從根本原理出發，充分的理解之后才能在做題的時候得心應手。

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