超重失重核心知識的深度解析

王震

高一物理在學習了牛頓三大定律的內容之后，特意安排了2節內容，鞏固學習牛頓運動定律的應用，其中就涉及到了超重和失重的問題。本文作者將以此為著手點，與大家一起深入探討，并且著重就視重類習題進行歸納終結。

“超重”和“失重”現象是人們的日常生活及現代科學實驗中常見的一種現象，如蹦極運動，電梯的啟動和停止過程，火箭的發射過程及繞地球運動的衛星中，都存在超重和失重現象。而對于超重和失重現象中視重和重力的關系、超重和失重現象的實質等，相當數量的學生還存在模糊認識，因此專題的設置很有必要。

首先讓我們從超重和失重的定義入手，來明確到底什么是超重失重？我們要明確超重和失重的定義，當物體或物體系統在豎直系統做加速運動時，物體或物體系統對豎直懸線的拉力或對水平面的壓力就不等于重力了。當彈力（拉力或壓力）大于重力時，叫做超重；當彈力（拉力或壓力）小于重力時，叫做失重；當彈力（拉力或壓力）等于零時，叫完全失重。單個物體或整個系統的超重和失重現象是由單個物體或整個系統的豎直方向加速度來決定，即當加速度方向豎直向上為超重，當加速度方向豎直向下則為失重，與物體運動方向沒有直接關系。

從定義上，我們知道要判斷超重還是失重，我們有兩種方法，1.判斷拉力或者壓力與重力的大小關系；2.判斷在豎直方向上的加速度方向。

例1：一個人站在磅秤上，讀出體重為500N。在他忽然蹲下的過程中，磅秤上讀出的體重有無變化？為什么？

解析：結合上面的加速度方向判斷方式，我們容易理解開始下蹲時，加速度向下，失重，讀數變小；將要蹲下時，加速度向上，超重，讀數變大。

那么，當發生超重失重現象時，物體受到的彈力（拉力或壓力）與物體所受到的重力有什么區別呢？我們知道，在物體處于超重、失重狀態時，地球作用于物體的重力始終存在，大小也沒有變化，只不過要使物體豎直加速上升或豎直加速下降時，支持物或懸掛物對物體的作用力必須發生變化，即對物體的作用力必須大于或小于物體所受重力，這樣看起來物體的重量有所增加或減小，我們將彈簧秤或體重計的讀數，習慣上稱為示重（視重）而物體受到引力而產生的重力稱為實重。

在超重失重狀態下，由于視重發生了變化，因此將導致由重力產生的相關物理現象都要發生相應的變化，平常由重力產生的所有物理現象都會完全消失，比如單擺將停止擺動、浸沒在液體中的物體不再受到浮力、天平不能測量物體的質量、液體不再產生向下的壓強等。但是需要注意的是，此時物體所重力依然存在，而且是不變的。請看下面例題：

例2如圖所示，體積為V0、密度為水密度一半的木塊漂浮在靜止的燒杯中的水面上。當升降機以加速度a（a≤g）加速上升或下降時，木塊浸入水中的體積各是多少？

說明：只看到木塊的超重或失重現象，而忽略水同時存在的超重或失重現象，從而導致解答錯誤。

1.研究對象為個體

解析：在地面上該人最多能舉起60kg的重物，說明他能承受的最大壓力（或最多能提供的支持力）N=m0g=600N。當他在豎直運動的電梯中能舉起80kg的物體時，說明質量為80kg的物體對人只產生600N的壓力?？梢娢矬w處于失重狀態，且具有向下的加速度。設加速度大小為a，則由牛頓第二定律，得：mg-N=ma，代入數值可得：a=2.5m/s2即電梯以大小為a=2.5m/s2得加速度向下運動或向上做勻減速直線運動。若電梯以該加速度勻加速上升時，此人能舉起的最大質量為m′，則由牛頓第二定律，得：N-m′g=m′a解得：m′=48kg。

2.研究對象為整體

對整個系統而言，如果系統的一部分處于靜止狀態或者勻速直線運動狀態，另一部分處于超重或失重狀態，則系統就處于超重或失重狀態。設整體中處于超重或失重部分的質量為m，在豎直方向上的加速度或加速度分量的值為a，其余部分的質量為M，則整體的“視重”G′=Mg+m（g±a），整體處于超重狀態時取“+”號，整體處于失重狀態時取“-”號.

例4.如圖所示，置于水平地面上的盛水容器中，用固定于容器底部的細線使一木球懸浮于水中。若將細線剪斷，則在木球上升但尚未露出水面的過程中，地面對容器的支持力如何變化？

解析：細線未剪斷時，容器、水、木球均處于平衡狀態，故地面對容器的支持力等于三者的重力之和。由于木球所受到的浮力大于重力，細線被減斷后，它加速上升，處于超重狀態。在木球加速上升的過程中，相應的由同體積“水球”以等大的加速度下降填補木球上升形成的空隙，處于始終狀態。因木球的質量小于同體積的“水球”質量而其余部分的水及容器仍處于靜止狀態，所以容器系統呈始終狀態，地面支持力將減小。

說明：本題最易犯的錯誤是只看到木球加速上升所呈的超重狀態，而忽視與木球等體積的“水球”加速下降所呈現的始終狀態，而得出地面支持力增大的錯誤結論。

解析：本題屬于是連接體問題，其中斜面保持靜止，故物體的加速度方向就是整體的加速度方向，根據運動學知識，我們可以判斷a的加速度沿斜面向下，失重。b處于平衡狀態，c的加速度沿斜面向上，超重。d處于靜止狀態。因此答案選C。

最后我們再來看一下超重、失重的應用。

在生活中，超重、失重現象很常見，比如乘坐汽車時，當汽車在一段坡路上加速向下行駛時，人的內臟器官因失重而“上浮”，使人不舒服這便是失重現象。為減輕橋梁所受壓力，橋一般造成凸型，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，當汽車經過凹陷的路面時，由于有豎直向上的加速度而出現超重現象，往往使車輪胎由于壓力大而爆破。由于重力作用，在地面上，用現代技術制成的滾珠，并不呈絕對球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一，如果在宇宙飛船中則可以制成絕對球形的滾珠。諸如此類，我們還能舉出很多這樣的例子。

總之，超重失重是我們高中物理的一個重要知識點，我們需要正確理解視重和實重。從加速度的方向入手，結合整體法和隔離法，解決相關習題。

（作者單位：江蘇省震澤中學）endprint

高一物理在學習了牛頓三大定律的內容之后，特意安排了2節內容，鞏固學習牛頓運動定律的應用，其中就涉及到了超重和失重的問題。本文作者將以此為著手點，與大家一起深入探討，并且著重就視重類習題進行歸納終結。

“超重”和“失重”現象是人們的日常生活及現代科學實驗中常見的一種現象，如蹦極運動，電梯的啟動和停止過程，火箭的發射過程及繞地球運動的衛星中，都存在超重和失重現象。而對于超重和失重現象中視重和重力的關系、超重和失重現象的實質等，相當數量的學生還存在模糊認識，因此專題的設置很有必要。

首先讓我們從超重和失重的定義入手，來明確到底什么是超重失重？我們要明確超重和失重的定義，當物體或物體系統在豎直系統做加速運動時，物體或物體系統對豎直懸線的拉力或對水平面的壓力就不等于重力了。當彈力（拉力或壓力）大于重力時，叫做超重；當彈力（拉力或壓力）小于重力時，叫做失重；當彈力（拉力或壓力）等于零時，叫完全失重。單個物體或整個系統的超重和失重現象是由單個物體或整個系統的豎直方向加速度來決定，即當加速度方向豎直向上為超重，當加速度方向豎直向下則為失重，與物體運動方向沒有直接關系。

從定義上，我們知道要判斷超重還是失重，我們有兩種方法，1.判斷拉力或者壓力與重力的大小關系；2.判斷在豎直方向上的加速度方向。

例1：一個人站在磅秤上，讀出體重為500N。在他忽然蹲下的過程中，磅秤上讀出的體重有無變化？為什么？

解析：結合上面的加速度方向判斷方式，我們容易理解開始下蹲時，加速度向下，失重，讀數變?。粚⒁紫聲r，加速度向上，超重，讀數變大。

那么，當發生超重失重現象時，物體受到的彈力（拉力或壓力）與物體所受到的重力有什么區別呢？我們知道，在物體處于超重、失重狀態時，地球作用于物體的重力始終存在，大小也沒有變化，只不過要使物體豎直加速上升或豎直加速下降時，支持物或懸掛物對物體的作用力必須發生變化，即對物體的作用力必須大于或小于物體所受重力，這樣看起來物體的重量有所增加或減小，我們將彈簧秤或體重計的讀數，習慣上稱為示重（視重）而物體受到引力而產生的重力稱為實重。

在超重失重狀態下，由于視重發生了變化，因此將導致由重力產生的相關物理現象都要發生相應的變化，平常由重力產生的所有物理現象都會完全消失，比如單擺將停止擺動、浸沒在液體中的物體不再受到浮力、天平不能測量物體的質量、液體不再產生向下的壓強等。但是需要注意的是，此時物體所重力依然存在，而且是不變的。請看下面例題：

例2如圖所示，體積為V0、密度為水密度一半的木塊漂浮在靜止的燒杯中的水面上。當升降機以加速度a（a≤g）加速上升或下降時，木塊浸入水中的體積各是多少？

說明：只看到木塊的超重或失重現象，而忽略水同時存在的超重或失重現象，從而導致解答錯誤。

1.研究對象為個體

解析：在地面上該人最多能舉起60kg的重物，說明他能承受的最大壓力（或最多能提供的支持力）N=m0g=600N。當他在豎直運動的電梯中能舉起80kg的物體時，說明質量為80kg的物體對人只產生600N的壓力。可見物體處于失重狀態，且具有向下的加速度。設加速度大小為a，則由牛頓第二定律，得：mg-N=ma，代入數值可得：a=2.5m/s2即電梯以大小為a=2.5m/s2得加速度向下運動或向上做勻減速直線運動。若電梯以該加速度勻加速上升時，此人能舉起的最大質量為m′，則由牛頓第二定律，得：N-m′g=m′a解得：m′=48kg。

2.研究對象為整體

對整個系統而言，如果系統的一部分處于靜止狀態或者勻速直線運動狀態，另一部分處于超重或失重狀態，則系統就處于超重或失重狀態。設整體中處于超重或失重部分的質量為m，在豎直方向上的加速度或加速度分量的值為a，其余部分的質量為M，則整體的“視重”G′=Mg+m（g±a），整體處于超重狀態時取“+”號，整體處于失重狀態時取“-”號.

例4.如圖所示，置于水平地面上的盛水容器中，用固定于容器底部的細線使一木球懸浮于水中。若將細線剪斷，則在木球上升但尚未露出水面的過程中，地面對容器的支持力如何變化？

解析：細線未剪斷時，容器、水、木球均處于平衡狀態，故地面對容器的支持力等于三者的重力之和。由于木球所受到的浮力大于重力，細線被減斷后，它加速上升，處于超重狀態。在木球加速上升的過程中，相應的由同體積“水球”以等大的加速度下降填補木球上升形成的空隙，處于始終狀態。因木球的質量小于同體積的“水球”質量而其余部分的水及容器仍處于靜止狀態，所以容器系統呈始終狀態，地面支持力將減小。

說明：本題最易犯的錯誤是只看到木球加速上升所呈的超重狀態，而忽視與木球等體積的“水球”加速下降所呈現的始終狀態，而得出地面支持力增大的錯誤結論。

解析：本題屬于是連接體問題，其中斜面保持靜止，故物體的加速度方向就是整體的加速度方向，根據運動學知識，我們可以判斷a的加速度沿斜面向下，失重。b處于平衡狀態，c的加速度沿斜面向上，超重。d處于靜止狀態。因此答案選C。

最后我們再來看一下超重、失重的應用。

在生活中，超重、失重現象很常見，比如乘坐汽車時，當汽車在一段坡路上加速向下行駛時，人的內臟器官因失重而“上浮”，使人不舒服這便是失重現象。為減輕橋梁所受壓力，橋一般造成凸型，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，當汽車經過凹陷的路面時，由于有豎直向上的加速度而出現超重現象，往往使車輪胎由于壓力大而爆破。由于重力作用，在地面上，用現代技術制成的滾珠，并不呈絕對球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一，如果在宇宙飛船中則可以制成絕對球形的滾珠。諸如此類，我們還能舉出很多這樣的例子。

總之，超重失重是我們高中物理的一個重要知識點，我們需要正確理解視重和實重。從加速度的方向入手，結合整體法和隔離法，解決相關習題。

（作者單位：江蘇省震澤中學）endprint

高一物理在學習了牛頓三大定律的內容之后，特意安排了2節內容，鞏固學習牛頓運動定律的應用，其中就涉及到了超重和失重的問題。本文作者將以此為著手點，與大家一起深入探討，并且著重就視重類習題進行歸納終結。

“超重”和“失重”現象是人們的日常生活及現代科學實驗中常見的一種現象，如蹦極運動，電梯的啟動和停止過程，火箭的發射過程及繞地球運動的衛星中，都存在超重和失重現象。而對于超重和失重現象中視重和重力的關系、超重和失重現象的實質等，相當數量的學生還存在模糊認識，因此專題的設置很有必要。

首先讓我們從超重和失重的定義入手，來明確到底什么是超重失重？我們要明確超重和失重的定義，當物體或物體系統在豎直系統做加速運動時，物體或物體系統對豎直懸線的拉力或對水平面的壓力就不等于重力了。當彈力（拉力或壓力）大于重力時，叫做超重；當彈力（拉力或壓力）小于重力時，叫做失重；當彈力（拉力或壓力）等于零時，叫完全失重。單個物體或整個系統的超重和失重現象是由單個物體或整個系統的豎直方向加速度來決定，即當加速度方向豎直向上為超重，當加速度方向豎直向下則為失重，與物體運動方向沒有直接關系。

從定義上，我們知道要判斷超重還是失重，我們有兩種方法，1.判斷拉力或者壓力與重力的大小關系；2.判斷在豎直方向上的加速度方向。

例1：一個人站在磅秤上，讀出體重為500N。在他忽然蹲下的過程中，磅秤上讀出的體重有無變化？為什么？

解析：結合上面的加速度方向判斷方式，我們容易理解開始下蹲時，加速度向下，失重，讀數變小；將要蹲下時，加速度向上，超重，讀數變大。

那么，當發生超重失重現象時，物體受到的彈力（拉力或壓力）與物體所受到的重力有什么區別呢？我們知道，在物體處于超重、失重狀態時，地球作用于物體的重力始終存在，大小也沒有變化，只不過要使物體豎直加速上升或豎直加速下降時，支持物或懸掛物對物體的作用力必須發生變化，即對物體的作用力必須大于或小于物體所受重力，這樣看起來物體的重量有所增加或減小，我們將彈簧秤或體重計的讀數，習慣上稱為示重（視重）而物體受到引力而產生的重力稱為實重。

在超重失重狀態下，由于視重發生了變化，因此將導致由重力產生的相關物理現象都要發生相應的變化，平常由重力產生的所有物理現象都會完全消失，比如單擺將停止擺動、浸沒在液體中的物體不再受到浮力、天平不能測量物體的質量、液體不再產生向下的壓強等。但是需要注意的是，此時物體所重力依然存在，而且是不變的。請看下面例題：

例2如圖所示，體積為V0、密度為水密度一半的木塊漂浮在靜止的燒杯中的水面上。當升降機以加速度a（a≤g）加速上升或下降時，木塊浸入水中的體積各是多少？

說明：只看到木塊的超重或失重現象，而忽略水同時存在的超重或失重現象，從而導致解答錯誤。

1.研究對象為個體

解析：在地面上該人最多能舉起60kg的重物，說明他能承受的最大壓力（或最多能提供的支持力）N=m0g=600N。當他在豎直運動的電梯中能舉起80kg的物體時，說明質量為80kg的物體對人只產生600N的壓力?？梢娢矬w處于失重狀態，且具有向下的加速度。設加速度大小為a，則由牛頓第二定律，得：mg-N=ma，代入數值可得：a=2.5m/s2即電梯以大小為a=2.5m/s2得加速度向下運動或向上做勻減速直線運動。若電梯以該加速度勻加速上升時，此人能舉起的最大質量為m′，則由牛頓第二定律，得：N-m′g=m′a解得：m′=48kg。

2.研究對象為整體

對整個系統而言，如果系統的一部分處于靜止狀態或者勻速直線運動狀態，另一部分處于超重或失重狀態，則系統就處于超重或失重狀態。設整體中處于超重或失重部分的質量為m，在豎直方向上的加速度或加速度分量的值為a，其余部分的質量為M，則整體的“視重”G′=Mg+m（g±a），整體處于超重狀態時取“+”號，整體處于失重狀態時取“-”號.

例4.如圖所示，置于水平地面上的盛水容器中，用固定于容器底部的細線使一木球懸浮于水中。若將細線剪斷，則在木球上升但尚未露出水面的過程中，地面對容器的支持力如何變化？

解析：細線未剪斷時，容器、水、木球均處于平衡狀態，故地面對容器的支持力等于三者的重力之和。由于木球所受到的浮力大于重力，細線被減斷后，它加速上升，處于超重狀態。在木球加速上升的過程中，相應的由同體積“水球”以等大的加速度下降填補木球上升形成的空隙，處于始終狀態。因木球的質量小于同體積的“水球”質量而其余部分的水及容器仍處于靜止狀態，所以容器系統呈始終狀態，地面支持力將減小。

說明：本題最易犯的錯誤是只看到木球加速上升所呈的超重狀態，而忽視與木球等體積的“水球”加速下降所呈現的始終狀態，而得出地面支持力增大的錯誤結論。

解析：本題屬于是連接體問題，其中斜面保持靜止，故物體的加速度方向就是整體的加速度方向，根據運動學知識，我們可以判斷a的加速度沿斜面向下，失重。b處于平衡狀態，c的加速度沿斜面向上，超重。d處于靜止狀態。因此答案選C。

最后我們再來看一下超重、失重的應用。

在生活中，超重、失重現象很常見，比如乘坐汽車時，當汽車在一段坡路上加速向下行駛時，人的內臟器官因失重而“上浮”，使人不舒服這便是失重現象。為減輕橋梁所受壓力，橋一般造成凸型，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，當汽車經過凹陷的路面時，由于有豎直向上的加速度而出現超重現象，往往使車輪胎由于壓力大而爆破。由于重力作用，在地面上，用現代技術制成的滾珠，并不呈絕對球形，這是造成軸承磨損的重要原因之一，如果在宇宙飛船中則可以制成絕對球形的滾珠。諸如此類，我們還能舉出很多這樣的例子。

總之，超重失重是我們高中物理的一個重要知識點，我們需要正確理解視重和實重。從加速度的方向入手，結合整體法和隔離法，解決相關習題。

（作者單位：江蘇省震澤中學）endprint