浅谈“超重”和“失重”

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摘要：超重、失重现象是常见的物理现象，是牛顿第二定律应用的一个方面，是重要和典型的应用知识点。随着航空和航天技术的发展，超重和失重的话题无论是在教学中还是在生活中，正越来越多地引起人们的注意。

关键词：超重　失重　牛顿第二定律

超重、失重现象是常见的物理现象，是牛顿第二定律应用的一个方面，是重要和典型的应用知识点。但是，由于学生们对超重和失重缺乏直接的感性认识，因而不容易建立正确的超重和失重的概念，笔者结合自身的教学实践和体会对超重和失重概念作如下理解。

一、超重和失重的概念

也许大家都见过“激流探险”——从很高的坡顶滑下的，颇为刺激的娱乐游戏。滑下时，人会感到整颗心悬于空中，事实上并不是心脏位置提高，而是自身的重心位置相对于平衡位置提高，产生了向下的加速度，出现“失重现象”。反之，若物体具有向上的加速度(可以是竖直向上，也可以是某加速度的竖直向上的分量)就产生“超重现象”。当人造卫星做匀速圆周运动时，其向心加速度等于卫星所处高度的重力加速度，则其处于“完全失重状态”。下面给出教材的定义：

视重：人们习惯上用物体对支持面的压力或对悬挂物的拉力反映物体重力的大小，称为物体的视重。

实重：物体的真实重力，G＝mg。

超重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力，即视重大于实重的现象称为超重现象。

失重现象：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力，即视重小于实重的现象称为失重现象。

完全失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）为零，即视重=0的现象称为完全失重。

二、对超重和失重理解

相当一部分学生容易按照字面意思去理解超重和失重，被超重和失重字面意思所误导，想当然地认为超重就是物体的重量增加了，此时物体很重，应该向下运动。失重就是物体的重量减少了，此时物体很轻，应该向上运动。实际上处于超重和失重状态的物体其重力没有变化，处于超重和失重状态的根本原因是物体处于不平衡的状态造成的。如果物体处于平衡状态，支持力（拉力）大小等于重力。如果物体处于不平衡状态，就是说物体具有加速度，按照牛顿第二定律，物体所受的合力不为零，这样支持力（拉力）大小不再等于重力，如果支持力（拉力）大小大于重力，物体处于超重状态，如果支持力（拉力）大小小于重力，物体处于失重状态。

有学生认为太空舱里的宇航员处于完全失重状态是因为不受到任何力的作用。这种观点是完全错误的，太空舱里的宇航员不是不受任何力，而是受到地球对他的万有引力，这个万有引力指向地心，产生一个向心加速度也指向地心。在地面上的人看来，宇航员具有向下的加速度，处于失重状态！因为物体处于超重或者失重状态与物体的运动方向无关，只与加速度的方向有关。加速度向上，物体处于超重状态；加速度向下，物体处于失重状态。

有学生认为当书静止放在桌子上，用手去压书本，此时书本对桌面的瞬间压力大于书本自身的重力，这是手压书本的结果，但是实际上书本仍然处于平衡状态，并不是处于超重状态。物体处于不平衡的状态是造成超重和失重的根本原因，其他原因导致的支持力（或者拉力）不等于物体所受重力的现象不是超重和失重现象。

三、超重和失重的条件及实质

1.超重、失重、完全失重的本质

物体处于超重、失重、完全失重状态时，并不是指物体所受的重力增大、减小、完全消失了，而是物体对支持物或悬绳的拉力大于重力、小于重力、等于0，物体所受重力并没有发生变化。因此，超是假超，失是假失。

2.由物体的运动状态可看出物体处于超重、失重、完全失重

第一，物体向上加速或向下减速运动时，物体的加速度方向向上（a＞g），物体处于超重状态。

第二，物体向上减速或向下加速运动时，物体的加速度方向向下（a＜g），物体处于失重状态。

第三，物体向上减速或向下加速运动时，物体的加速度方向向下（a=g），物体处于完全失重状态。

（物体发生超重和失重现象时，只与物体的加速度方向有关，而与物体的速度方向无关。）

大多数学生对超重和失重现象都只有模糊认识，要真正理解超重和失重的本质，是有一定困难的。对教学过程而言，教学重点应该是引导学生在惯性系中正确分析物体的受力情况和运动情况，并结合牛顿运动定律作出推导。对教材及平时所说的超重和失重概念，要引导学生正确理解并作出正确判断。

参考文献：

[1]王显忠.新编高中同步导学教程:《物理》高一年级上[M]．济南:济南出版社，2003．

[2]漆安慎,杜婵英．普通物理学教程力学[M]．北京：高等教育出版社,2005．

[3]赵凯华，罗蔚茵．新概念物理教程力学[M]．北京：高等教育出版社,1995．

（作者单位：新乡职业技术学院）