傳統與現代技術相結合

丁彥龍　馬廣平　付靜　曹怡

摘 要：本實驗將重物放在電子秤上，重物對電子秤壓力可以通過電子秤的示數顯示出來.本實驗儀器與以往的超重與失重演示儀相比較具有以下改進：物體加速減速的距離長，實驗效果明顯;對拉托盤的物塊做了特殊設計，使得以往很難觀察到的重物減速上升和減速下降階段的演示更加直觀.可以比較清楚地觀察到物體在加速上升、加速下降、減速上升、減速下降的過程中，電子秤的示數保持不變.這說明物體在做勻變速直線運動，與物體靜止時的讀數比較，超重與失重實驗現象明顯;為了讓所有學生都參與實驗，實驗裝置設置了無線攝像頭，可以將電子秤的讀數清晰地顯示在大屏幕上，這樣實驗很直觀，每個學生都能參與，對產生超重與失重的原因會有更深刻的理解.

關鍵詞：超重;失重;演示儀

文章編號：1008-4134（2019）13-0033 中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

作者簡介：丁彥龍（1987-），男，四川成都人，碩士，中學二級教師，研究方向：物理教學與研究;

馬廣平（1984-），女，四川成都人，碩士，講師，研究方向：教育學方向;

付靜（1998-），女，四川成都人，碩士，中學二級教師，研究方向：物理教學與研究;

曹怡（1987-），女，四川成都人，本科，中學二級教師，研究方向：物理教學與研究.

1 特點與用途

本實驗將重物放在電子秤上，重物對電子秤壓力可以通過電子秤的示數顯示出來，裝有電子秤和重物的托盤與跨過定滑輪的兩個物塊相連，本實驗可以清晰地演示超重與失重等幾種情況，由于物體加速與減速的距離較長，可以清楚地觀察到在加速上升、加速下降、減速上升、減速下降的過程中電子秤的示數，在這些過程中電子秤的示數保持不變，說明物體在做勻變速直線運動，與物體靜止時的讀數比較能夠清晰地得出超重與失重產生的原因，而且根據電子秤顯示的重物對電子秤壓力的數值，進一步為接下來理論驗證提供數據支持.

2 實驗裝置與設計原理

本實驗的實驗裝置如圖1所示.外面是金屬支架，寬1.2m，高2m，上面固定了兩個定滑輪，定滑輪間距為0.8m，左邊三角形托盤里，將重物放在電子秤上，在三角形托盤上安裝了無線攝像頭，電子秤的示數可以由無線攝像頭直接投到教室的白板顯示屏上.

圖1（a）中，右邊設計了兩個物塊，單獨黑色物塊質量小于左邊整個托盤的質量，加上白色的物塊后整個右邊質量大于左邊，將右邊兩物塊由靜止釋放，左邊的重物將勻加速上升，當圖中白色物塊落到緩沖裝置上以后，由于這時左邊質量大，左邊的重物將勻減速上升，這樣就演示了加速上升與減速上升;圖1（b）將圖中白色物塊掛到托盤下面，調整右邊黑色物塊的質量，使得托盤質量小于黑色物塊質量，托盤加白色物塊質量大于黑色物塊，將托盤抬高，由靜止釋放，托盤中的重物將勻加速下降，當下面白色物塊落到緩沖裝置上以后，將勻減速下降.

3 制作材料

金屬支架（含滑輪2個）、重物、電子秤、無線攝像頭、托盤和細線.

4 制作方法

（1）固定金屬支架，在金屬支架上固定好定滑輪;

（2）用金屬或者木板制作電子秤的托盤，將電子秤與無線攝像頭固定在托盤上，使攝像頭對準電子秤顯示屏;

（3）用光滑的細線或金屬絲將重物與電子秤連接，調試大小重物的質量.

5 使用方法

當電子秤上的物體靜止時，通過攝像頭將電子秤的讀數投到電子白板上，記下讀數.

5.1 加速上升與減速上升演示

在右側加一小重物，這樣右側的質量比左邊的大，靜止釋放重物，電子秤上的物體將向上做勻加速運動，記下電子秤讀數;

當右側小重物落地后，右側質量小于左側，電子秤上的物體減速上升，記下電子秤讀數.

5.2 加速下降與減速下降演示

將右側重物掛在左側托盤下面，這時候左側質量大于右側，將托盤在高處由靜止釋放，物體將加速下降，記下電子秤讀數;

當重物落地后，左側質量會小于右側，物體減速下降，記下電子秤讀數.

引導學生根據實驗所填表格得出結論.

表1是本實驗的實驗數據記錄表，學生根據所做實驗，仔細填寫實驗數據，根據實驗數據分析就可以得出產生超重與失重的原因.

6 結束語

傳統的超重與失重演示實驗是在彈簧測力計下面掛上鉤碼，加速向上提，觀察彈簧測力計示數變化，由于加速時間短，學生在做實驗的過程中很難觀察清楚，而且很難演示加速上升，加速下降和減速下降.本實驗可以清晰地演示超重與失重的幾種情況，由于距離較長，可以清楚地觀察到在加速上升、加速下降、減速上升、減速下降的過程中，電子秤的示數保持不變，說明物體在做勻變速直線運動，與物體靜止時的讀數比較，實驗效果明顯.而且為了讓所有學生都參與實驗，本裝置設置了攝像頭，可以將電子秤的讀數清晰地顯示在大屏幕上，這樣實驗很直觀，每個學生都能參與，對產生超重與失重的條件會有更深刻的理解.

參考文獻：

[1] 物理教材編寫組. 物理教師教學用書 物理（必修1）[M]. 北京：教育科學出版社，2009.

[2]丁彥龍，馬廣平. 基于核心素養的三化模式在高中物理中的應用——以超重與失重為例[J]. 中學物理，2017，35（2）：6-7.

[3]王維. 超重與失重演示裝置的改進[J]. 物理實驗，2017（03）：60-61.

[4] 馮一兵. 超重與失重演示裝置[J]. 物理實驗. 2003（10）：30-31.

（收稿日期：2019-01-22）