揭示超重失重現象發生根本原因，還原超重失重狀態真相

——從人教新版高一《物理。必修》說開去

摘要：在大眾的意識裡，“物體加速度方向向上時超重，物體加速度方向向下時失重”、“自由落體是完全失重的”，這些觀點都是片面與錯誤的。前者是“主動與被動不分、現象與狀態不分”，後者是忽視“相對性”。翻看網路，錯誤的言論鋪天蓋地，觸目驚心，各色人等不得要義的隨意解釋、回答，實在是害人匪淺。本文從“引入正確概念”出發，“例題舉證”入手，剖析現象，推出本質，指出教材錯誤，提出修改建議，以期完善“超重和失重”的理論體系。

歷時6年多的討論、爭論，這是最後的結果，望有識之士傾情批判！為了您讀過的高中與正在或準備讀高中的孩子，請認真讀完本文！

一、闡述電子版新教材中的幾個正確的概念

1、失重現象與超重現象

相較於之前的舊教材，新教材先給出的“失重現象”後給出了“超重現象”的定義，我猜想，這是為了突出“

物體的加速度方向向下時發生失重現象

”作

例證

的——這個結論是否正確，後邊再進行辨析。

教材給出了三個描述性定義：視重、失重現象和超重現象；應用了牛頓第二定律和第三定律，確定了“人對體重計的壓力與體重計對人的支援力FN

大小相等，方向相反

”的“

相對關係

”。

選取“失重現象”為例：“物體對支援物的壓力（或對懸掛物的拉力）小於物體所受重力的現象，叫作失重現象”，分析得到：物體、支援物（懸掛物，小注：衣服掛在衣架上，衣服是懸掛物、衣架是被懸掛物吧？漢語言太難描述事物了！）兩個相對的“物體”，對脫離教材後再對某個具體的事物稱呼時，往往都習慣了統稱“物體”了，筆者的建議是，應該把顯示“視重”的“主動運動”的一方稱為“

載體

”，比如常用到的“電梯、彈簧秤和木箱”等；把“被動運動”的另一方稱為“

載物

”，如“電梯中的人、彈簧秤下的鉤碼和木箱中的鐵球”等，相應地，定義改為“

載物對載體的壓力或拉力小於載物所受的重力的現象，叫作失重現象

”，就會一目瞭然的區別開誰對誰發生失重現象了！不過，教材定義不影響其描述的正確性。

超重現象也該如此描述！

在這兩個定義中，一定是“

同時具有載體與載物

”才可談

是否“發生失重現象或超重現象

”，兩者互為依存，缺一不可！

2、完全失重狀態

該定義是延續了“失重現象”或說是失重現象的一種“

極端情況

：a = g”，不過，要引起足夠重視的是，這裡是“過程中”的表現，可以用“時間多長”來敘述。通俗地說，就是“

在發生失重現象後，如果載物下降的加速度等於了當地的重力加速度時，載物對載體完全沒有作用力，發生完全失重現象，在這種現象持續的時間內的狀態是完全失重狀態

”（小注：現象叫作狀態，是不是很彆扭呢？2004年教材就是狀態叫作狀態的）

3、自由落體運動

4、慣性

教材闡明瞭“

一切物體都具有慣性

”、“

慣性是物體的固有屬性

”。

總之，上述四種情況涉及的概念或定義，都是較為正確的，筆者都認可其正確性。

二、演算幾道教材（新教材電子版）的例題、舉例與習題

1、第107頁例題如圖

該例題涉及“兩個物體：電梯地板與人”，電梯是“主動運動者”應該看作是“

載體

”，而人是“被動運動者”應該是“

載物

”。另外，先用牛頓第二定律計算了人受到的向上的支援力的大小，然後用牛頓第三定律推出了人對地板的壓力大小且表明“

方向豎直向下

”。

仔細讀上兩段話，電梯（載體）使人（載物）向上加速或向下減速運動時發生超重現象，反之，則發生失重現象。筆者認為，簡潔地說“

載體向上加速或向下減速時，載物對載體發生超重現象，載體向下加速或向上減速時，載物對載體發生失重現象

”。因為例題確定地板對人的支援力與人對地板的壓力“大小相等、方向相反”，那麼，反過來說“

載物向下加速或向上減速時，載物對載體發生超重現象，載物向上加速或向下減速時，載物對載體發生失重現象

”也應該是正確的！

2、舉例

在這個航天員的舉例中，我們同樣清晰地看到“

載體（火箭）向上加速時，載物（火箭中的其他物品及航天員們）對載體（火箭底部）出現超重現象

”。

3、習題

（1）教材“練習與應用”第3題

該題教師教學用書給出的提示是：加速時F-mg=ma，將a=3。5g、mg=10N代入，解得F=45N。同樣地，由於“

載體（火箭）向上加速時，載物（火箭中的航天員的某器官）相對載體（載人艙）發生超重現象

”

（2）教材“練習與應用”第4題

在本題中，既涉及到了自由落體運動時的完全失重現象，又運用了“

當載體作向下減速時，載物對載體發生超重現象

”的理論，是很好的一個例項。

（3）教材“練習與應用”第1題

教師教學用書解釋為：當水瓶自由下落時，小孔沒有水噴出，是因為水和水瓶都處於完全失重狀態，水和水瓶下落的加速度都等於重力加速度，下落的快慢程度相同，故水不會從瓶中流出。

在本題中，作自由落體運動的是水瓶與水兩個“物體”，載體是水瓶、載物是水，準確的描述，應該是“水和水瓶處於相對完全失重狀態”。

綜合以上舉例和習題，無論超重現象、失重現象還是完全失重現象，都是必須同時具有載體與載物才能夠發生，缺少其一，便無從談起。

三、回扣教材的引例：

人下蹲先失重後超重的原因及後果影響，引例截圖如下

該引例顯示的結論是正確的，即：

先失重後超重

——我的解釋為：先發生失重現象後發生超重現象，當然，最後趨於靜止。

我手頭的教師教學用書上，沒有對該引例發生此現象原因或原理的參考答案解釋，從網上搜索到相同的案例，如截自“青夏教育”下圖，

解釋為“失重狀態”與“超重狀態”，這樣的解釋顯然是正確的，因為，當載物處於失重狀態時加速度方向向下、處於超重狀態時加速度方向向上。再重述一遍：處於“狀態時”確實是這樣的！然而，看接下來的“人下蹲過程分別有失重和超重兩個過程，先是加速下降失重，到達一個最大速度後再減速下降超重”。強調的是“過程”，過程就是狀態，但仍然沒有給出“為什麼會發生失重現象與超重現象”的理由或原理，留給人們的印象是“

加速度方向向下就失重，反之則超重

”——好不誇張地說，此種論調已經深深地被人們所接受與固化！在我身邊特別是在貼吧中，只要我強調

區分

“現象與狀態”時，幾乎是沒有人贊同的。

回顧一下本文【二、演算幾道教材（新教材電子版）的例題、舉例與習題

1、第107頁例題如圖】的結論：“

載體向上加速或向下減速時，載物對載體發生超重現象，載體向下加速或向上減速時，載物對載體發生失重現象

”，我們摘取“……

載體向下加速或向上減速時，載物對載體發生失重現象

”，該引例的“

載體

”是誰呢？是體重計嗎？是力感測器嗎？它們都是相對地面（地球）參照系是靜止的呀！那麼，它的載體是誰呢？負責任地說，是“

腿

”！

由於美術水平有限，我畫了一張草圖來解析和印證自己的觀點，如圖。蓋

人若下蹲必先屈膝

，因腳與體重計都不能上下運動，所以，可把腿與體重計看作“

載體

”，當膝蓋前屈時，相當於載體作向下加速運動；一般正常人的重心是在骶椎中間，把它看作“

載物

”。當載體向下加速運動時，載物相對於載體發生失重現象，如圖2。

從圖2上L線開始，小腿不再下落、大腿也速度變小，這相當於載體作向下減速運動，載物相對於載體發生超重現象。

——這與電梯從高層加速下降時發生失重現象、到底層時減速下降是一樣的道理！這才是教材計算機圖線的對應事實！

教材如果是先讓學生透過親身體會、觀察圖線從而得出“

物體的加速度方向向下時失重

”的結論，這個錯誤是巨大的！

我如上之說是否自相矛盾自我否定呢？非也！我的初衷就是要使人們清楚“現象是怎麼發生的”與“發生後是怎麼發展的”，這就是我非要弄清楚“

現象與狀態

”之區別與聯絡不可的驅動力，以免理論與現實相脫節造成不必要的損失。

我以上對此發生失重現象的分析，正好印證了教材所有正文理論的正確性；同時，也否定了“

物體加速度方向向下時超重，物體加速度方向向上時超重

”的錯誤說法！

四、專論自由落體

開篇已經確定了“自由落體運動”的定義是正確的。那麼，自由落體是完全失重的嗎？請看一段截圖——

全民都在追尋“自由落體是完全失重的嗎”的理由，即是說都認可了自由落體是完全失重的！

什麼是自由落體？我斗膽從“自由落體運動”的定義中概括出“作自由落體運動的物體就是自由落體”不知可否？反正我自己是認可這個稱謂的。

教材定義（描述性且理想狀態下）自由落體運動為“物體只在重力作用下從靜止開始的運動”，其表現為“初速度為0的勻加速運動”。那麼，這就可以認定“自由落體”是“

一個

初速度為0的只在重力作用下的

物體

”。

一個物體會發生完全失重現象嗎？出示我畫的一張比較草圖，看從中能否尋出差別來，如下圖——左邊木桶放在水平地面上，右邊木桶吊在理想狀態的同地某高度；上有一細線吊著的鉛墜。在右桶作自由落體運動時刻，同時剪斷兩木桶鉛墜上方細線，請看，兩桶鉛墜對薄紙會有什麼不同的作用效果。

用常識即可推斷：左桶中的薄紙被鉛墜層層擊穿，而右桶薄紙安然無恙！

儘管左桶中鉛墜遇到薄紙時刻發生碰撞已然不是純粹的理論上的自由落體運動，但其穿透薄紙的事實也已然否定了“對支援物或懸掛物沒有作用力”的前提。而右桶的事實表明，在作自由落體運動的載體內，

載物是相對於載體完全失重的，它們彼此之間發生完全失重現象

！正與教材定義相契合。

所以，說“自由落體是完全失重的”是錯誤的！國家將高空拋物入刑，想必是知道危害而採取的必要強硬措施，然，其理論支援正在此！

五、專論慣性在本領域內的作用

橫向比較新舊教材，無論是舊教材的“支撐力大於（或小於）物體的重力時發生超重（或失重）現象”，還是新教材的“壓力（或拉力）大於（或小於）物體的重力時發生超重（或失重）現象”，都在應用牛頓第三定律來反映。但，這隻解決了“是什麼”而沒有解決“為什麼”的問題。

下面類比一個運動學的例子，如圖，

兩輛完全相同的汽車靜止在粗糙水平 地面上，兩車之間固定一理想彈簧，彈簧人為壓縮長度為L。①當左車向右運動而右車不動或晚動時，彈簧將被壓縮，實長S₁＜L；②當左車不動或晚動而而右車向右運動時，彈簧將被拉長，實長S₂＞L；③當兩車同時等速向右運動時，彈簧長度L不變。此現象表明：兩相接觸的物體，當作

同時同向等加速度

運動時，相互間的作用力不發生變化，而一旦出現“兩同一等”之一有變化，則相互間的作用力發生變化——在這裡，我只選擇其“

同時

”為己所用，前兩種現象，都是因為“

不同時

”造成的。

迴歸到超重現象與失重現象的發生問題上來，當載體作加速度向上或向下的運動時，載物抵抗改變運動狀態，相對於載體作反向加速運動，於是，發生超重現象或失重現象，即是“靜者恆靜、動者恆動”的慣性使然（鑑於對“慣性力”諱莫如深，但告訴學生是慣性引起發生兩種現象總可以的吧？）。在教材108頁圖4。6-7右側最後一段話說“超重和失重現象在實際中還有許多，請你透過讀書、上網、請教專業人士等多途徑進一步學習和了解”。實際上，超重現象與失重現象不止發生在“有豎直方向加速度或有豎直方向加速度分量”的運動中，在初中“慣性”一節中，學習到的所有慣性舉例，都是超重或失重現象，比如汽車突然加速或緊急剎車時，人對座椅的壓力變化。

六、總結

1、超重現象

：

載物對載體的壓力（或拉力）大於載物所受重力的現象。當載體作向上加速或向下減速運動的瞬時，載物便相對於載體發生超

重（overweight）現象

；

超重狀態

：超重現象發生後，載物與載體保持一定時間段內的作同向等加速運動的過程稱為超重狀態。

發生超重現象的條件

：①載體作加速度方向向上的運動②瞬時性③相對性④慣性

2、失重現象

：

載物對載體的壓力（或拉力）小於載物所受重力的現象。當載體作向下加速或向上減速運動的瞬時，載物便相對於載體發生失重（weightlessness）

現象

；

失重狀態

：失重現象發生後，載物與載體保持一定時間段內的作同向等加速運動的過程稱為失重狀態；

發生失重現象的條件

：①載體作加速度方向向下的運動②瞬時性③相對性④慣性

3、完全失重現象：

載物對載體的壓力或拉力等於零的時刻發生的現象，稱為

完全失重

（Total weightlessness）

現象

。

完全失重狀態：

完全失重現象發生後，載物與載體保持一定時間段內的作同向等加速運動的過程稱為

完全失重狀態

。

完全失重是載物在載體內的視重為零， 也就是說，載物對載體的壓力或拉力等於0，與其它所有物體無關。

作自由落體運動的一切可視為獨立個體的物體，因為沒有載體，因此，無從衡量其為視重為0。那些

物體具有向下的加速度，而且其全部重力都提供了物體向下的加速度的運動是完全失重的

說法是完全錯誤的。

特點：

完全失重並不是載物完全失去重力了，而是載物對載體完全沒有作用力（壓力或拉力），即視重等於零。

完全失重現象與狀態分別是失重現象與狀態的極端情況，即當載體作加速度方向向下運動a≥g時，發生完全失重現象後在一段時間內保持完全失重狀態。

七、對教材的修改建議（截圖修改），如圖