丁偉輝

“失重”是牛頓第二定律在豎直方向上變速運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用.同時(shí)也是高中物理中的重要內(nèi)容，對(duì)失重的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了解，對(duì)其中的難點(diǎn)進(jìn)行通透的分析，能夠幫助同學(xué)們?cè)谖磥?lái)的物理學(xué)習(xí)中打好更深的基礎(chǔ).同時(shí)，在實(shí)際的生活中，如果我們能夠用失重的觀點(diǎn)來(lái)處理問(wèn)題，那么也會(huì)起到事半功倍的效果.

一、失重現(xiàn)象理論歸納

1.失重的定義

物體對(duì)支撐物的壓力（或?qū)依K的拉力）小于物體所受重力的現(xiàn)象，叫做失重，當(dāng)物體對(duì)支撐物的壓力（或?qū)依K的拉力）等于零時(shí)叫完全失重.

2.失重的產(chǎn)生條件

物體具有豎直向下的加速度，這種加速度的產(chǎn)生與物體速度的方向和大小無(wú)關(guān).完全失重時(shí)物體加速度向下且為g，物體處于完全失重狀態(tài)有一個(gè)重要的特征：物體內(nèi)部的各部分之間、各質(zhì)點(diǎn)之間沒(méi)有相互的作用力，沒(méi)有拉、剪切等任何應(yīng)力.

3.失重的產(chǎn)生原因

當(dāng)物體具有豎直向下的加速度（或豎直向下的加速度分量）的時(shí)候，支撐物對(duì)物體的支持力（或懸繩對(duì)物體的拉力）為F，由牛頓第二定律可以得出，mg-F=ma，所以，F(xiàn)=mg-ma

4.失重與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系

當(dāng)物體具有豎直向下的加速度的時(shí)候，物體處于失重狀態(tài)，如豎直向下加速運(yùn)動(dòng)或豎直向上減速運(yùn)動(dòng).當(dāng)物體具有豎直向下的加速度分量時(shí)，物體也處于失重狀態(tài)，如斜向下加速運(yùn)動(dòng)或斜向上減速運(yùn)動(dòng).

5.其他歸納

（1）完全失重的狀態(tài)不僅僅只限于自由落體運(yùn)動(dòng)，只要物體具有豎直向下且等于g的加速度時(shí)，物體就是處于完全失重的狀態(tài)，如果在此過(guò)程中，不計(jì)空氣的阻力作用，各種拋體或環(huán)繞地球做勻速網(wǎng)周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星等物體都是處于完全失重狀態(tài)的.

（2）物體處于失重或完全失重狀態(tài)的時(shí)候，物體的重力并沒(méi)有減小，改變的僅僅是物體對(duì)支持面的壓力或?qū)ωQ直懸繩的拉力，也就是說(shuō)，物體處于失重或完全失重的時(shí)候，物體的視重（視重就是用彈簧秤豎直懸掛物體或物體水平置于測(cè)力計(jì)上，當(dāng)彈簧秤或測(cè)力計(jì)與物體相對(duì)靜止時(shí)的示數(shù)）有了一定程度上的變化，小于實(shí)際重力或視重為零.

（3）在物體完全失重的狀態(tài)下，由于重力產(chǎn)生的一切現(xiàn)象都消失，例如物體對(duì)水平支持面沒(méi)有壓力，對(duì)豎直懸線沒(méi)有拉力，不能用天平測(cè)量物體的質(zhì)量，液體也不會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)，浸沒(méi)在液體中的物體不會(huì)受到浮力的影響等.

二、例題分析

例1 如圖1所示，輕質(zhì)彈簧的上端固定在電梯的天花板上，彈簧下端懸掛一個(gè)小鐵球，小鐵球處于靜止?fàn)顟B(tài).在電梯運(yùn)行時(shí)，乘客發(fā)現(xiàn)小鐵球與電梯地板間的距離增大，這一現(xiàn)象表明

（）

A.電梯一定是在下降

B.電梯一定是在上升

C.電梯的加速度方向一定是向上

D.乘客一定處在失重狀態(tài)

解析 由題意知，小鐵球在電梯中處于靜止時(shí)受到豎直向下的重力和向上的拉力，且拉力與重力大小相等；在電梯運(yùn)行時(shí)，小鐵球與電梯地板的距離增大了，說(shuō)明彈簧的伸長(zhǎng)量減小了，即拉力減小了，電梯的加速度向下，乘客一定處于失重狀態(tài)，電梯可能向下做加速運(yùn)動(dòng)，也可能向上做減速運(yùn)動(dòng)，可知選項(xiàng)D正確.

例2 如圖2所示，裝水的容器放在一架臺(tái)秤上，臺(tái)秤上固定一支架，用細(xì)線系住一個(gè)實(shí)心鐵球并懸掛在支架上，實(shí)心鐵球沒(méi)入水中并處于靜止?fàn)顟B(tài).當(dāng)把細(xì)線剪斷后，鐵球在下沉的過(guò)程中，臺(tái)秤的示數(shù)和剪斷細(xì)線前相比如何

（）

A.不變

B.變大

C.變小

D.無(wú)法確定

解析 在剪斷細(xì)線后，實(shí)心鐵球會(huì)加速下沉，具有向下的加速度，處于失重狀態(tài)，雖同時(shí)有同體積的水加速上升，但因?yàn)殍F球的密度要高于水，所以鐵球會(huì)比同體積的水重，也就是失去的重量大于超出的重量，整體處于失重狀態(tài)，所以此時(shí)臺(tái)秤的示數(shù)會(huì)小于剪斷細(xì)線前的示數(shù)，可知選項(xiàng)C正確.

例3 如圖3所示，原來(lái)做勻速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)內(nèi)有一被伸長(zhǎng)的彈簧拉住的物體A，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)物體A突然被彈簧向右方拉動(dòng)，由此可以判斷，此升降機(jī)的運(yùn)動(dòng)可能是（）

A.加速上升

B.減速上升

C.加速下降

D.減速下降

解析 當(dāng)升降機(jī)進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，地板給物體的向左的靜摩擦力與彈簧向右的彈力平衡，并且該靜摩擦力可能小于或等于最大靜摩擦力.當(dāng)升降機(jī)有向下的加速度時(shí)，物體會(huì)處于失重狀態(tài)，此時(shí)，物體對(duì)地板的壓力減小，也就是物體和地板的最大靜摩擦力減小了，這時(shí)，最大靜摩擦力會(huì)小于升降機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的靜摩擦力，但是彈簧的彈力卻沒(méi)有變，物體就會(huì)向右運(yùn)動(dòng).因此，只有在兩種情況下A才可能被拉向右方，那就是當(dāng)升降機(jī)處于減速上升或加速下降的時(shí)候，可知選項(xiàng)BC正確.