丁偉輝

“失重”是牛頓第二定律在豎直方向上變速運動的應(yīng)用.同時也是高中物理中的重要內(nèi)容，對失重的知識點進行了解，對其中的難點進行通透的分析，能夠幫助同學(xué)們在未來的物理學(xué)習(xí)中打好更深的基礎(chǔ).同時，在實際的生活中，如果我們能夠用失重的觀點來處理問題，那么也會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)物體對支撐物的壓力（或?qū)依K的拉力）等于零時叫完全失重.

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關(guān).完全失重時物體加速度向下且為g，物體處于完全失重狀態(tài)有一個重要的特征：物體內(nèi)部的各部分之間、各質(zhì)點之間沒有相互的作用力，沒有拉、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）的時候，支撐物對物體的支持力（或懸繩對物體的拉力）為F，由牛頓第二定律可以得出，mg-F=ma，所以，F(xiàn)=mg-ma

4.失重與運動狀態(tài)的關(guān)系

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

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動，只要物體具有豎直向下且等于g的加速度時，物體就是處于完全失重的狀態(tài)，如果在此過程中，不計空氣的阻力作用，各種拋體或環(huán)繞地球做勻速網(wǎng)周運動的衛(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)的時候，物體的重力并沒有減小，改變的僅僅是物體對支持面的壓力或?qū)ωQ直懸繩的拉力，也就是說，物體處于失重或完全失重的時候，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力計上，當(dāng)彈簧秤或測力計與物體相對靜止時的示數(shù)）有了一定程度上的變化，小于實際重力或視重為零.

（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，例如物體對水平支持面沒有壓力，對豎直懸線沒有拉力，不能用天平測量物體的質(zhì)量，液體也不會產(chǎn)生壓強，浸沒在液體中的物體不會受到浮力的影響等.

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，彈簧下端懸掛一個小鐵球，小鐵球處于靜止?fàn)顟B(tài).在電梯運行時，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；在電梯運行時，小鐵球與電梯地板的距離增大了，說明彈簧的伸長量減小了，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動，也可能向上做減速運動，可知選項D正確.

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

（）

A.不變

B.變大

C.變小

D.無法確定

解析 在剪斷細(xì)線后，實心鐵球會加速下沉，具有向下的加速度，處于失重狀態(tài)，雖同時有同體積的水加速上升，但因為鐵球的密度要高于水，所以鐵球會比同體積的水重，也就是失去的重量大于超出的重量，整體處于失重狀態(tài)，所以此時臺秤的示數(shù)會小于剪斷細(xì)線前的示數(shù)，可知選項C正確.

例3 如圖3所示，原來做勻速運動的升降機內(nèi)有一被伸長的彈簧拉住的物體A，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)物體A突然被彈簧向右方拉動，由此可以判斷，此升降機的運動可能是（）

A.加速上升

B.減速上升

C.加速下降

D.減速下降

解析 當(dāng)升降機進行勻速運動的時候，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)升降機有向下的加速度時，物體會處于失重狀態(tài)，此時，物體對地板的壓力減小，也就是物體和地板的最大靜摩擦力減小了，這時，最大靜摩擦力會小于升降機勻速運動時的靜摩擦力，但是彈簧的彈力卻沒有變，物體就會向右運動.因此，只有在兩種情況下A才可能被拉向右方，那就是當(dāng)升降機處于減速上升或加速下降的時候，可知選項BC正確.