自制超重和失重演示儀

超重和失重是高中物理教學(xué)的重要組成部分，是牛頓運動定律應(yīng)用的典型實例。新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求是通過實驗認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象，能運用牛頓運動定律解決的實際問題之一，最能使學(xué)生體驗到科學(xué)知識的作用之處。實驗的展示直接影響到學(xué)生對知識的認(rèn)識。但在普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理必修1》中，超重和失重中只有兩幅插圖(圖4.7-3電梯啟動、制動時，體重計的讀數(shù)怎樣變化?和圖4.7-4人站在體重計上，下蹲、起立，也能看到超重和失重現(xiàn)象)，沒有演示實驗。農(nóng)村中學(xué)的學(xué)生有的根本沒有乘過電梯，體重計很少、很重，很難搬到教室內(nèi)進(jìn)行展示且示數(shù)變化快，學(xué)生很難看清楚。這將使學(xué)生的感性認(rèn)識留下空缺，學(xué)生對超重和失重現(xiàn)象的認(rèn)識很模糊，給牛頓運動的定律的應(yīng)用設(shè)置了很大的障礙。

筆者結(jié)合自己的教學(xué)，用簡單的材料設(shè)計制作了“超重和失重演示儀”，其指針示數(shù)變化明顯，能讀出不同位置的視重，使學(xué)生能在課堂上親身感受到超重和失重現(xiàn)象，并且本裝置還能定量的測定超重和失重，更加豐富了課堂內(nèi)容，使科學(xué)知識能夠更好的得到應(yīng)用。

《超重和失重演示儀》所需的器材有:家用小臺秤，長彈簧兩根(勁度系數(shù)要較小)，重物(質(zhì)量要較大)，木架(高度約1.5米)。其實驗原理是利用重物在平衡位置O上下做簡諧運動，當(dāng)重物OA段時，重物的加速度a向下，由木架、重物和彈簧組成的系統(tǒng)處于失重狀態(tài)。此時，系統(tǒng)對臺秤的壓力小于系統(tǒng)的重力，臺秤的示數(shù)變小，在A處失重現(xiàn)象最明顯。當(dāng)重物在OB段時，重物的加速度a向上，由木架、重物和彈簧組成的系統(tǒng)處于超重狀態(tài)。此時，系統(tǒng)對臺秤的壓力大于系統(tǒng)的重力，臺秤的示數(shù)變大，在B處超重最明顯。木架要比較輕，重物要比較重，彈簧的勁度系數(shù)要小，簡諧運動的周期才比較大，T=2πm/k，學(xué)生看得更清楚。裝置圖如下:

實驗過程過程分為四步:第一步，將儀器在講桌上放平，使重物靜止在O位置，觀察臺秤的示數(shù)，并讀出記錄下來。第二步，將重物拉至A位置，觀察臺秤的示數(shù)，并記錄下來。松手使重物做簡諧運動，觀察重物由A位置運動到O位置，臺秤示數(shù)的變化情況。第三步，當(dāng)重物運動到B位置時，觀察臺秤的示數(shù)，并記錄下來，再觀察由B位置運動到O位置，臺秤示數(shù)的變化情況。第四步，課余引導(dǎo)學(xué)生對記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用彈簧測力計測出重物的重力;測出物體在A位置時上面彈簧的拉力和下面彈簧的拉力;測出物體在B位置時上面彈簧的拉力和下面彈簧的拉力。由受力分析求出在A、B位置物體的加速度，將F=ma與臺秤示數(shù)的變化量進(jìn)行比較。

筆者在上《牛頓運動定律的應(yīng)用》一課時就用的此裝置。它實驗器材簡單、實驗效果明顯、臺秤示數(shù)變化顯著、可操作性強，既能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、觀察能力，又能使學(xué)生感受到超重和失重現(xiàn)象，還能增強學(xué)生的分析能力，使教學(xué)更加直觀、形象、準(zhǔn)確，大大提高了課堂效率。望同仁能夠借鑒。

附:制作實物圖

(欄目編輯王柏廬)