邵天洋

很多學(xué)生在對(duì)超重和失重方面的知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，往往會(huì)受自身生活經(jīng)驗(yàn)的影響，導(dǎo)致對(duì)超重和失重方面的認(rèn)識(shí)比較模糊，從而影響判斷的正確性.事實(shí)上，在對(duì)超重及失重進(jìn)行判斷時(shí)，需要先對(duì)二者的概念加以明確，然后再研究它的本質(zhì)，并與實(shí)際題目相結(jié)合，才能對(duì)問(wèn)題有深入的理解.

一、淺析超重和失重

例如，在超重的情況下，電梯向上加速運(yùn)動(dòng)，電梯會(huì)給其中的乘客一定的支撐力，從力學(xué)的角度可以將這個(gè)支撐力視為F-mg=ma.而在電梯的運(yùn)動(dòng)速度為勻速時(shí)，由于電梯的受力較為均衡，所以對(duì)電梯內(nèi)部乘客的支撐力F與乘客本身所受的重力相等.較之向上加速運(yùn)動(dòng)，乘客的實(shí)際受重要比失重少ma.

失重時(shí)，就是電梯加速向下運(yùn)動(dòng)，從力學(xué)角度進(jìn)行分析可以獲得ma=mg-F.而電梯處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部乘客所受的重力等于電梯的支撐力F=mg.

通過(guò)對(duì)這兩種情況下的乘客受力狀況的分析，可以發(fā)現(xiàn)乘客所受重力的實(shí)際情況要比失重多ma，其中電梯加速度為a.當(dāng)物體對(duì)其懸掛物的作用拉力或?qū)ζ渲С治锏淖饔脡毫Φ扔?時(shí)，那么該物體會(huì)呈現(xiàn)完全失重狀態(tài).而受到失重的影響，天平、沙漏以及體重計(jì)等重力學(xué)工具會(huì)失去效用.

二、判斷超重和失重的具體技巧

受到知識(shí)以及經(jīng)驗(yàn)積累等方面因素的影響，很多學(xué)生因?yàn)閷?duì)問(wèn)題的理解不夠透徹，在對(duì)超重及失重的現(xiàn)象進(jìn)行判斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的觀念.以下是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中比較常見(jiàn)的幾種錯(cuò)誤觀念：

1.當(dāng)物體呈現(xiàn)超重或失重情況時(shí)，感覺(jué)物體所承受的重力會(huì)發(fā)生一定的改變，甚至是消失.但其實(shí)物體所受的重力始終存在，且重力大小也沒(méi)有發(fā)生改變.

2.很多學(xué)生認(rèn)為，物體沿某個(gè)方向進(jìn)行加速度運(yùn)動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致超重或失重問(wèn)題的產(chǎn)生，但實(shí)際上物體的超重及失重狀態(tài)只會(huì)在所受重力運(yùn)動(dòng)速度變化時(shí)才會(huì)產(chǎn)生.若將地球作為坐標(biāo)系，則在水平方向上對(duì)物體進(jìn)行加、減速運(yùn)動(dòng)并不會(huì)產(chǎn)生超重或失重的問(wèn)題.

3.失重與物體重力相同.從根本上來(lái)講，失重主要是指物體對(duì)懸掛物產(chǎn)生的拉力，或者是支持物的壓力情況.物體在保持勻速運(yùn)動(dòng)或靜止的狀態(tài)時(shí)，失重才會(huì)與重力的大小相等.

4.很多學(xué)生習(xí)慣單純依靠物體的加速度方向的判斷方法對(duì)物體的超重及失重狀態(tài)加以判斷.這是出現(xiàn)最頻繁的錯(cuò)誤之一.

下面通過(guò)例子來(lái)說(shuō)明為什么上述判斷方法是錯(cuò)誤的.

例 在彈簧秤上懸掛質(zhì)量為10g的物體，同時(shí)受到15N的空氣阻力.當(dāng)物體以1m/s2的速度向上勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧秤會(huì)受到多少拉力？

點(diǎn)評(píng)：F>mg，這符合超重現(xiàn)象.但是，使用加速度對(duì)其超重及失重狀態(tài)進(jìn)行判斷時(shí)，所得到的物體狀態(tài)為失重狀態(tài).因此，當(dāng)物體進(jìn)行加速上升或下降，且存在運(yùn)動(dòng)阻力時(shí)，仍然可以使用加速度方向的判斷方法對(duì)超重及失重狀態(tài)進(jìn)行正確的判斷.但當(dāng)物體處于減速上升或下降時(shí)，加速度方向的判斷方法將會(huì)失去效用，出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷.在對(duì)此類問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算時(shí)，物體的狀態(tài)應(yīng)該使用物體懸掛物拉力或作用于支持物的壓力進(jìn)行判斷.

三、判斷技巧的總結(jié)

通過(guò)物體受力的狀態(tài)進(jìn)行判斷：當(dāng)物體所受拉力或向上支持力大于所受重力時(shí)，則物體為超重狀態(tài)；如果所受拉力或向上支持力小于所受重力時(shí)，物體為失重狀態(tài)；如果作用于物體的支持力或拉力等于0時(shí)，物體呈現(xiàn)完全失重的狀態(tài).

通過(guò)物體的速度變化方向進(jìn)行判斷：當(dāng)物體減速向下或加速向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，則會(huì)呈現(xiàn)超重的狀態(tài)；如果物體減速向上或加速向下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，則會(huì)呈現(xiàn)失重的狀態(tài).

在平時(shí)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)中超重及失重的規(guī)律進(jìn)行分析時(shí)，除了可以判斷單個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的方向，還可以判斷多個(gè)方向的加速運(yùn)動(dòng)物體，特別是由多個(gè)物體組成的物體系.可以將其加速上升或下降問(wèn)題等效轉(zhuǎn)化為重心質(zhì)量相等的超重、失重狀態(tài)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是對(duì)其接觸面壓力與系統(tǒng)重力進(jìn)行判斷.

當(dāng)物體處于超重或者失重狀態(tài)時(shí)，其重力不會(huì)發(fā)生改變，發(fā)生改變的只是物體所承受的支持力或所受壓力.當(dāng)在物體重力方向上存在加速度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)超重或失重的狀態(tài)，物體豎直方向施加的加速度與其本身重力決定了物體的重力狀態(tài).