超重 失重可视仪

曹志刚

（米易中学校 四川 攀枝花 617200）

1 超重 失重可视仪的制作背景

图1 实验室的超重失重演示器

超重和失重是运动物体的视重不再等于物体重力的大小.目前实验室提供的演示仪器（图1），其力的示数盘随着物体一起快速运动，观察者很难读出视重的大小.为此，教师在教学中往往只能让学生感性的理解超重、失重现象，导致学生对力的变化印象不深刻，从而，在实际应用中往往抓不准现象的本质，出错率普遍偏高.

2 超重 失重可视仪改进的结构原理

图2 改进仪器的结构原理

如何将一个随物体运动的示数盘转化为不动的示数标尺，成为该实验能否成功的关键.因物体仅在一个方向运动，而在其垂直方向是静止不动的（图2）.笔者在弹簧的末端加上一个小激光发生器，通过平面镜将弹簧形变量的变化转换到与运动垂直的方向上.这样，如果弹簧上的力不变，光点在垂直于运动的方向上就不会移动；如果力发生变化，光点将会在垂直于运动的方向上移动相应的距离，从而把运动的示数盘转换为不运动的示数标尺.这样，学生就能更直观地观察超重、失重现象，并且能定量地记录超重和失重时力的大小.通过类似的方法还可以直观地测出连接体间的内力大小.

3 设计超重 失重可视仪的创新点

（1）“以静制动”将随物体一起快速运动的示数盘转化为静止的示数标尺，利于观察；

（2）光线代替传统指针，实现易于改变方向和可延长性；

（3）直观地测出连接体间内力的大小.

4 超重 失重可视仪的操作

4.1 演示超重现象

图3 改进后实验装置

（1）把 整 个 装置固定在竖直平面内（图3）；

（2）打 开 激 光器；

（3）在 可 视 仪端的挂钩挂上0.5～1.0N的重物1（1～2 个 钩 码，50g／个）；

（4）在可视仪外端挂钩挂一重物2，其重力大于重物1与可视仪两者的重力之和（4～6个钩码，50 g／个）；

（5）让可视仪所在一侧处于装置的最低点，并保证顶端两个定滑轮处于竖直，细绳完全在滑轮内（保证摩擦足够小）；

（6）放手后，重物1加速上升过程中，观察示数标尺上红色光点向左移动的刻度，并把所测力的大小与重物1的重力进行比较，则可说明重物1所处的状态.

4.2 演示失重现象

前三步操作与演示超重现象相同，然后在可视仪外端挂钩挂上重物2，其重力小于重物1与可视仪两者的重力之和（2～3个钩码，50g／个）；让可视仪处于装置的最高点.重物1加速下降过程中，观察示数标尺上红色光点向右移动的刻度，则可说明重物1所处的状态.

4.3 测量连接体内力的大小

如图4所示，把可视仪连接在两个运动物体之间，可视仪的质量归入其中一个物体，让可视仪与两个物体以共同的加速度做匀加速度直线运动，此时通过红色光点所指示的位置就可读出两个物体间的相互作用力，即测量出连接体间内力的大小.

图4 测量连接体内力实验装置

5 超重 失重可视仪进一步完善的措施

由于弹簧在运动中存在动能与势能转化的问题，从而使拉力不断地发生变化，应想办法把这种影响降到最低，使读数在最短时间内稳定，或者加长运动时间，或者依赖阻尼使读数趋于稳定.