張淵

摘 要：在“超重與失重”的教學(xué)中，一般得出加速度方向向上為超重，加速度向下為失重。實(shí)際上，這個作為判斷超失重現(xiàn)象的依據(jù)是錯誤的，超、失重現(xiàn)象的判斷還是要依據(jù)定義。

關(guān)鍵詞：牛頓第二定律；超重；失重

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）1-0044-1

超重與失重是牛頓第二定律的重要應(yīng)用。所謂超重即當(dāng)物體處于非平衡狀態(tài)時，物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的情況。所謂失重即當(dāng)物體處于非平衡狀態(tài)時，物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的情況。超重和失重可以從運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)兩個角度理解。運(yùn)動學(xué)角度：當(dāng)物體加速上升或減速下降時，物體處于超重狀態(tài)；當(dāng)物體加速下降或減速上升時，物體處于失重狀態(tài)。動力學(xué)角度：當(dāng)物體具有向上的加速度時，物體處于超重狀態(tài)；當(dāng)物體具有向下的加速度時，物體處于失重狀態(tài)。

從以上對超重與失重的闡述中不難看出，超重與失重的重要判斷方法就是加速度的方向。那么，這個方法是超重與失重現(xiàn)象判斷的依據(jù)嗎？筆者通過兩個例子來說明。

例1 質(zhì)量為m的物體，放在升降機(jī)中，求下列情況下，物體對升降機(jī)底板的壓力。

（1）升降機(jī)以加速度a勻加速上升；

（2）升降機(jī)以加速度a勻減速上升。

解：（1）加速上升，a向上。

N-mg =ma，N=m（g+a）>mg， 屬于超重現(xiàn)象。

（2）減速上升，a向下。

mg-N =ma，N=m（g-a）

本題結(jié)論和用加速度方向判斷超重、失重現(xiàn)象吻合。

例2 彈簧秤上掛了一個10 kg的物體，物體受到的空氣阻力為15 N，若物體以1 m/s2的加速度勻減速上升，則彈簧秤的讀數(shù)為多少？

解：受力分析如圖1所示，由牛頓第二定律得：

mg+f-T=ma，T=mg-ma+f=100-10+15=105 N

彈簧秤的拉力T=105 N>100 N， 符合超重現(xiàn)象的定義。但是，由加速度方向向下的判斷得到的卻應(yīng)是失重現(xiàn)象。深入剖析例2，物體運(yùn)動中有阻力，當(dāng)物體加速上升或者加速下降時，用加速度方向判斷超失重仍然是正確的，但是當(dāng)物體減速上升或者減速下降時有可能出現(xiàn)矛盾。分析如下：設(shè)物體重力為mg，彈簧秤拉力為T，物體的加速度為a，物體受到的阻力為f。則減速上升時（加速度方向向下）：T=mg-ma+f，減速下降時（加速度方向向上）：T=mg+ma-f。

由分析結(jié)論可知，當(dāng)物體所受合力ma小于阻力f，能使用加速度方向判斷超失重，反之就不能。

從上述兩個例子不難看出，實(shí)際上我們普遍采取的由加速度方向來判斷超失重的方法是錯誤的，而是應(yīng)該從計算物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┏霭l(fā)來判斷超失重現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳明媚.超重、失重的另一種認(rèn)識[J].物理教學(xué)探討，2012，30（8）：41—42.

[2]黃書鵬.“超重”與“失重”概念教學(xué)引發(fā)的思考[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014，45（5）：19—21.（欄目編輯 羅琬華）