超重与失重演示装置的改进

王 维

(亳州市第一中学,安徽 亳州 236800)

超重与失重演示装置的改进

王 维

(亳州市第一中学,安徽 亳州 236800)

对原超重失重实验装置进行了改进，利用蓄电池和小灯泡等简易材料设计了触发电路，当重物出于失重状态时，绿灯亮；当重物出于超重状态时，红灯亮，同时灯的位置也发生了相对改变，更明确地演示了超重和失重现象．

超重；失重；演示实验

超重、失重不是重力的增加或减少，而是物体对支持物的压力或是对悬挂物的拉力发生了变化，物体的重力依然存在且大小不变. 学生对此的理解学生往往困难较大，所以笔者借助自制演示仪帮助学生理解超重与失重的本质.

1 实验原理

自制实验仪演示超重与失重现象如图1所示． 该实验通过红绿灯的位置演示超重和失重现象(绿灯固定在弹簧秤的面板上，而红灯固定在研究对象的重物上)． 开始实验前，红灯与绿灯处于相同高度，左侧定滑轮下方悬挂适量的钩码．

图1 超重与失重自制简易实验仪

图2 超重与失重自制简易实验仪实物图

若钩码质量大于右侧定滑轮下方弹簧秤及电路模块的总质量时，闭合开关，绿灯亮，由静止开始释放钩码，钩码往下做加速运动，弹簧秤向上做加速运动，弹簧秤的指针相对刻度面板向下运动，与指针固定的连接红灯的导线触点与弹簧秤刻度面板左侧3个触点中的最下方的触点相接，红灯便亮． 此时，可观察到：红灯在下方，绿灯在上方．

减小重物配重，钩码质量小于右侧物体质量时，闭合开关，绿灯亮，释放钩码，钩码向上做加速运动，右侧重物向下做加速运动，弹簧秤的指针相对刻度面板向上运动，与指针固定的连接红灯的导线触点与弹簧秤刻度面板左侧3个触点中的最上方的触点相接，红灯便亮． 此时，容易观察到红灯在上方、绿灯在下方．

通过观察红灯与绿灯位置，便演示了超重与失重现象，现象明显且易于观察．

2 实验步骤

1)调节水平调节螺丝B，铁架台立柱为垂直．

2)取适量钩码，将钩码与弹簧秤-电路模块分别绕过定滑轮悬挂于两端，红灯与绿灯起初位于相同高度，手持细线使得整个装置初始处于静止状态．

3)闭合开关，点亮绿灯，松开细线，钩码向下运动，重物向上运动，观察红灯与绿灯的相对位置变化．

4)钩码与重物下落一段时间后，握住细线，让物体停止运动，断开开关．

5)减少钩码的个数，使钩码向上运动，重物向下运动，重复上述步骤3)与4)．

6)实验结束，整理实验器材仪．

3 理论分析

由速度和加速度不同方向产生4种组合：向上加速、向上减速、向下加速和向下减速． 取重物向上加速运动情况分析．

设重物的质量为m，以加速度a加速上升． 对弹簧秤下重物受力分析如图3所示,根据牛顿第二定律F-G=ma,所以F=G+ma. 根据牛顿第三定律，物体对弹簧秤的拉力F′=G+ma>G,所以，该现象为超重现象．

图3 分力分析

其余3种情况，作类似分析，将结论归纳于表格1中.

表1 物体超重与失重分析

由表格经分析可知，超重、失重与加速度有关，与速度无关． 当物体具有向上的加速度时，产生超重现象；但物体具有向下加速度时，产生失重现象．

4 注意事项

1)钩码个数选取要适量，不宜过多或过少．

2)实验开始前，红灯与绿灯要处于相同高度．

3)物体运动过程中，注意不要使物体撞击地面，防止实验器材损坏．

[1] 冯一兵. 超重与失重演示装置[J]. 物理实验，2003，23(10)：31.

[2] 宋艳芝，李卫东. 超重、失重演示装置的制作[J]. 物理实验，2003，23(2)：33-35.

[3] 孙永华. 对超重和失重演示实验的改进[J]. 物理实验，2005，25(4)：34.

[责任编辑：尹冬梅]

Improvement on the demonstration device of overweight and weightlessness

WANG Wei

(No.1 Middle School of Bozhou, Bozhou 236800, China)

The traditional demonstration device of overweight and weightlessness was improved. The improved device used some materials, such as accumulator and bulb, in the trigger circuit. When the object was weightless, the green light turned on; when the object was overweight, the red light turned on. With the color change of the light, its position also changed. So, the phenomena of overweight and weightlessness were demonstrated clearly.

overweight; weightlessness; demonstration experiment

2016-09-25

王 维(1980-)，男，安徽亳州人，亳州市第一中学高级教师，学士，从事中学物理教育工作.

G633.7

A

1005-4642(2017)03-0060-02