如何判斷高中物理的失重與超重

李子晗

摘要：超重或失重是我們在生活中經(jīng)常遇見的自然現(xiàn)象，在高中階段我們系統(tǒng)學習了超重和失重的知識之后對這些自然現(xiàn)象也都有了更深刻的理解。本文介紹了超重和失重的具體概念以及由來，并通過一些實驗的方法幫助讀者們更直觀全面地理解這兩個概念的不同之處，從而使大家能夠快速準確分辨生活中超重或失重的現(xiàn)象，正確解答試卷上出現(xiàn)的判斷失重與超重的題目。

關鍵詞：高中物理；超重；失重

一、超重與失重的概念及由來

相信大多數(shù)物理老師引入超重和失重的概念時都使用了坐電梯的例子，當電梯上升時經(jīng)歷了加速、勻速和減速三個階段，人們也就依次經(jīng)歷了超重、平衡和失重三種狀態(tài)。不同教科書中對超重和失重的表述也有所差別，有的教材寫到：物理學中把物體對懸掛物的拉力（或者支持物的壓力）大于物體所受重力的現(xiàn)象稱為超重；由此類推，小于物體所受重力就叫做失重。其實這段話是在分析升降機的現(xiàn)象后得出的，具有特定的條件限定。為了更準確地理解失重超重的概念，先要認識兩個新概念，一是物體的實重（G實，G實=mg），由地球引力產(chǎn)生的重力；另一個是視重（G視），通過彈簧測力計或其他測力計測得的物體的重力。由此判斷，當G實G視就叫做失重，兩者相等時物體就處在平衡狀態(tài)。由上面分析可看出，物體變速運動是失重或超重產(chǎn)生的原因，所以也可以這么給超重失重下定義：物體向上加速運動時，水平面對物體的支持力或者繩子對物體的拉力大于重力的現(xiàn)象叫做超重；反之則叫失重，而如果物體所受的拉力或支持力為零，其重力全部用來產(chǎn)生向下的加速度的話，就稱物體完全失重。

二、如何理解超重與失重

關于超重失重概念的闡述有些晦澀難懂，而物理學的一個巨大的魅力就是可以通過有趣的實驗來幫助理解這些概念。

（1）傳統(tǒng)實驗方法

有許多關于超重失重的實驗其實我們在家中就可以進行。相信體重計是每個家庭的必備之物，我們經(jīng)常用它來追蹤我們的體重變化?，F(xiàn)在我們可以先在家中測量記錄自己的體重，然后將體重計帶到電梯里，站在體重計上，觀察電梯上升下降時體重計示數(shù)的變化。根據(jù)觀察可以發(fā)現(xiàn)，當電梯剛開始加速上升時，體重計的示數(shù)大于我們在家稱量的示數(shù)，也就是G 實

（2）使用智能手機模擬

智能手機已經(jīng)走進了我們生活中的方方面面，一般的高中生也都有了自己的手機，現(xiàn)在手機功能十分強大，應用商店里出現(xiàn)了很多加速度傳感器的APP。根據(jù)手機這一功能，我們可以把手機帶進電梯，放在電梯正中間，在電梯上升或下降的時候，將變化的加速度實時動態(tài)地透過手機屏幕顯示出來。這一方法新型緊跟時代，將電梯升降過程加速度瞬時的狀態(tài)轉化為圖像顯示，非常生動直觀，適合高中生的理解能力；此外，在做實驗的過程中實驗者也在電梯中，一起運動，能夠直接體驗失重和超重的感覺，體驗性較強，對實驗內(nèi)容記憶也會比較深刻。最后，電梯升降運動產(chǎn)生變化的加速度，利用牛頓第二定律，分析不同加速度對應的物體所受壓力或拉力的變化，可以在實驗中利用牛頓第二定律分析超重、失重情境中的物理規(guī)律。

（3）壓強計式超重失重演示器

這種失重超重演示器是根據(jù)書本上的一個小實驗改進的，書本上是將一個飲料瓶裝滿水，靠近瓶底的位置鉆一個小孔將飲料瓶上拋或者自由下落來觀察水流狀況。這個實驗比較簡易、實驗材料也比較常見，但是實際操作時影響實驗結果的因素太多，觀測結果容易出現(xiàn)錯誤。有很多人在這個小實驗的基礎上進行了改進，發(fā)明了壓強計式超重失重演示器。它們將底部鉆了孔的飲料瓶與一個液面相平的U型管相連。實驗時將水注入飲料瓶，當上下左右勻速移動瓶子時會發(fā)現(xiàn)U型管的液面相平，沒有變化，而當加速運動飲料瓶時，會發(fā)現(xiàn)超重失重與加速度有關，當向上運動時，加速時超重，減速時失重；當向下運動時，加速時失重，減速時超重。而且超重、 失重的狀態(tài)與物體運動方向無關。

三、判斷失重超重的解題方法

（1）聯(lián)系實際生活中的例子

眾所周知，超重失重的現(xiàn)象在生活中非常常見，我們都曾有過失重或超重的體驗。比如我們都喜歡去游樂園游玩，其中最受歡迎的項目要數(shù)驚險刺激的過山車了，身體隨著過山車在軌道上移動，有時還會身體完全倒過來的360度回環(huán)，其之所以刺激的一個重要因素就是在這一過程中我們可以體驗失重和超重的感覺，當過山車向上加速時我們就處在超重狀態(tài)，向下加速沖刺時我們就進入了失重狀態(tài)。還有為減輕橋梁所受壓力，橋一般會建造成凸型，使汽車過橋時有一個向下的加速度而使橋梁所受壓力減輕。當我們遇到這些現(xiàn)象時不妨回想一下課堂上學習的超重失重相關知識，對物體進行受力分析，進而加深印象，促進理解。

（2）根據(jù)物體受到合力的方向

判斷物體是失重還是超重狀態(tài)可以根據(jù)物體所受豎直方向上合力的方向來判斷，這里舉一個簡單的例題：用彈簧測力計上掛一個5 kg的木塊，以3 m/s2的加速度減速上升，木塊受到的空氣阻力為10 N，則彈簧測力計的指數(shù)是多少，物體是失重還是超重狀態(tài)？

解析：設木塊受到的拉力為T，首先木塊受到向下的重力 G實=mg=50 N，向下的空氣阻力f=10 N，因為加速度方向向下為2 m/s2，所以T=mg-ma+f=50-15+10=45 N，因為T

四、結語

我們生活中會遇到很多超重失重的現(xiàn)象與例子，如何判斷失重還是超重需要我們多角度、全方位地通過多個實驗來理解這兩個概念的相同和不同之處，本文只是簡單介紹了筆者的一些心得體會，希望對大家理解區(qū)分這兩個概念有所幫助。

參考文獻：

[1]張泓筠，.超重與失重實驗再現(xiàn)及其測試設計[J].物理教學探討，2018，36：28-32.

[2]江敏麗.用智能手機探究電梯中的超重與失重現(xiàn)象[J].物理通報，2016，12：108-110.

[3]賽爾江·卡依所旦.超重與失重規(guī)律在解題中的應用[J].技術與市場，2016，23：228.