自制超失重状态记忆器

徐 胜 吴常光 谢祥金

(重庆市兼善中学,重庆 400700)

1 对超重失重的理解

学生在学习中会顾名思义的认为“超重就是物体重力增加了,失重就是物体重力减小了,完全失重则是物体不受重力了”.其实要解决这个问题,关键在于要先知道我们在生活中是怎样来测量物体所受重力的,其基本原理是“二力平衡原理”.用一根弹簧秤挂起重物,当物体处于静止状态(即受力平衡状态)时,弹簧对物体的拉力大小等于物体所受的重力,因此通过读出弹簧秤的示数就可得到物体所受重力大小,我们将弹簧秤的示数作为视重,即得 F视=G.

然而当加速度a竖直向上时,由牛顿第二定律得FG=ma,此时F＞G,由于我们习惯认为弹簧秤示数等于物体重力,其实 F视＞G,出现超重现象;当加速度 a竖直向下时,由牛顿第二定律得 G-F=ma,此时F＜G,由于我们习惯认为弹簧秤示数等于物体重力,其实F视＜G,出现失重现象.

超重和失重是一种物理现象,当物体在竖直方向上的一定范围内做变速运动时,物体所受重力并没变,只是拉力(或支持力)大于或小于重力,即视重发生了变化.

2 现有演示的不足

上课时,通过弹簧秤拉物体或人站在台秤上做下蹲运动,虽可以演示读数变化,但不便于静止下来分析,为了便于讲解分析,我们设计并研制了超失重状态记忆器.

3 超失重状态记忆器

3.1 仪器的特点及用途

图1

(1)特点:本教具制作成本低、使用方便,并能形象直观地把物体处于超重、失重状态显示出来,同时也能显示超重、失重的程度.

(2)用途

①记忆超重、失重状态.

②记忆超重、失重程度,超重组(红灯)亮得越多,说明超重程度大;失重组(绿灯)亮得越多,说明失重程度大.

③让学生自己操作,亲自体验超重、失重现象.

3.2 教具装置结构图(图1)

1.记忆器箱体;2.弹簧;3.滑动触杆;4.配重;5.锯齿状自动锁扣;6.开关;7.失重显示灯(绿色);8.叠块电池;9.超重显示灯(红色).

3.3 制作材料

电源(9 V叠层电池3个);电阻若干;发光二极管(红光、绿光各6个);开关(1个);带钩的弹簧;金属配重;薄金属铝片;导线;金属杆;木材;螺丝;铁钉等.

4 制作方法

(1)用木材制作成如图1所示,带自动锁扣的锯齿状控制槽箱体.(2)用铝皮贴在锯齿状锁扣上,拧紧螺丝.(3)按图2的电路结构示意图,焊接好电路.(4)在弹簧下端安装滑动触杆.

图2

图3

(5)组装以上部件形成实物(图3).

5 使用方法

第1步:选择适当的配重,并将该配重挂在弹簧秤挂钩上,开始时使钩码处于静止状态.

第2步:打开电源开关,把记忆箱加速向上提,观察灯泡发光情况.我们会看到超重组的红灯亮起,说明物体处于超重状态,红灯亮得越多,说明超重程度大.

第3步:打开电源开关,把记忆箱加速向下放,观察灯泡发光情况.我们会看到失重组的绿灯亮起,说明物体处于失重状态,绿灯亮得越多,说明失重程度大.

1 全日制普通高级中学教科书(必修)《物理》第 1册.北京:人民教育出版社,2008.

2 姚久民.超重、失重实验装置的新设计.物理教师,2007(8).