【矩道物理虚拟实验室】高中物理力学模型—超重和失重

超重和失重是高中物理学习过程中应用规律分析现象的典型实例，是对牛顿运动定律的运用，也是高考重要知识点和学生易混淆的知识点之一。今天我们借助矩道物理虚拟仿真软件来探究超重和失重的问题。

想要厘清超重和失重的本质现象，首先要清楚几个概念。

概念

视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的读数称为视重。视重的大小等于秤所受的拉力或压力。

超重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象。超重产生的条件是物体要具有向上的加速度。

失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象。失重产生的条件是物体要具有向下的加速度。

完全失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象。它产生的条件是物体的加速度等于重力加速度，且方向向下。

对视重、超重和失重的理解

1、不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是视重的改变。千万不要错误地认为超重就是超过重力，失重就是失去重力。

2、物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体具有向上的加速度还是向下的加速度。这也是判断物体超重或失重的根本所在。而有些学生容易把超重、失重现象的运动学特征与物体的运动方向相联系，认为超重一定是物体向上运动、失重一定是物体向下运动。然而真实情况是，物体处于超重状态时，不一定向上加速运动，也可能向下减速运动；物体处于失重状态时，不一定向下加速运动，也可能向上减速运动。

几个常见模型

一：电梯

电梯在运行过程中，电梯中的人所处的状态就包含了超重、失重状态。现在我们分析下电梯的运行过程。

（1）电梯上升过程

①　加速阶段，电梯加速度向上，人处于超重状态，人对电梯的压力大于重力；

②　平稳运行阶段，电梯匀速上升，此时加速度为零，人既不超重也不失重，人对电梯的压力等于重力；

③　减速阶段，电梯做减速上升运动，直至电梯停止上升，速度减为零，此阶段加速度向下，人处于失重状态，人对电梯的压力小于重力。

（2）电梯下降过程

①　加速阶段，电梯加速度向下，人处于失重状态，人对电梯的压力小于重力；

②　平稳运行阶段，电梯匀速下降，此时加速度为零，人既不超重也不失重，人对电梯的压力等于重力；

③　减速阶段，电梯做减速下降运动，直至电梯停止下降，速度减为零，此阶段加速度向上，人处于超重状态，人对电梯的压力大于重力。

斜面--自动扶梯

斜面上的超重、失重问题常常伴随着对摩擦力、压力的研究。

①   当扶梯加速上升时，物体处于超重状态，物体对扶梯的压力变大，对扶梯的摩擦力变大；

②　当扶梯减速上升时，物体处于失重状态，物体对扶梯的压力变小，对扶梯的摩擦力变小；

③　当扶梯加速下降时，物体处于失重状态，物体对扶梯的压力变小，对扶梯的摩擦力变小；

④　当扶梯减速下降时，物体处于超重状态，物体对扶梯的压力变大，对扶梯的摩擦力变大。

升降机中的弹簧

（1）弹簧悬挂在顶端，静止时弹簧伸长Lo

①　当升降机加速上升时，物体超重，物体对弹簧拉力大于重力，弹簧伸长量L > Lo；

②　当升降机减速上升时，物体失重，物体对弹簧拉力小于重力，弹簧伸长量L < Lo；

③　当升降机加速下降时，物体失重，物体对弹簧拉力小于重力，弹簧伸长量L < Lo；

④　当升降机减速下降时，物体超重，物体对弹簧拉力大于重力，弹簧伸长量L > Lo。

（2）弹簧放置在底部，静止时弹簧压缩Lo

①　当升降机加速上升时，物体超重，物体对弹簧压力大于重力，弹簧压缩量L > Lo；

②　当升降机减速上升时，物体失重，物体对弹簧压力小于重力，弹簧压缩量L < Lo；

③　当升降机加速下降时，物体失重，物体对弹簧压力小于重力，弹簧压缩量L < Lo；

④　当升降机减速下降时，物体超重，物体对弹簧压力大于重力，弹簧压缩量L > Lo。

如果将此模型中的弹簧更换为细绳或杆，或者再在升降机中加斜面，情况都是一样的，不再重复分析。

以上是超重和失重在物理3D教学软件中的内容展示。

生活中遇到的超重、失重现象有很多，除了电梯之外，还有人本身的下蹲及起立过程，飞机的起飞、降落过程，火箭的发射以及一些惊险刺激的游乐项目如蹦极、过山车、跳楼机等等。