完全失重的实验设计

刘玲莉

实验器材：矿泉水瓶一个，铁架台，定滑轮一个，细线，木板，白色毛巾若干条，水（红色，半桶左右），图钉若干。

—、矿泉水瓶竖直下落运动

1.按图1（a）所示那样，将铁架台固定在较高桌子上，安装好定滑轮，用图钉将白色毛巾平铺固定在木板上。

2.把矿泉水瓶的上部挖一个小孔（是为了防止瓶落地时水到处飞溅，又保证水上方是外面的大气压），下部挖几个小孔。将瓶口处用细线拴住，细线长度要适中，使矿泉水瓶可以下落到较低桌子的底部。

3.将空矿泉水瓶用细线穿过定滑轮悬挂在空中，把钉有毛巾的木板竖直侧立在低桌子上，有毛巾的一侧面对矿泉水瓶有孔的一侧，调整矿泉水瓶的高度，使其高于木板。

4.保持矿泉水瓶的高度不变，向瓶内注水，可观察到红色的水从瓶内喷出。减小手对A端的拉力，使瓶子缓慢下降，可观察到下落过程中水一直从孔中喷出，并且在毛巾上留下红色痕迹。

5.换上新毛巾，改变对A端的拉力，使矿泉水瓶在不同的拉力作用下下落，均可在毛巾上看到红色的水迹，说明瓶在不同的拉力作用下下落均有水从孔中喷出。

6.当A端拉力为零时，使瓶下落后，可观察到毛巾没有像以上步骤那样的红色水迹，由此可得出当瓶自由下落时，孔中没有水喷出。

二、矿泉水瓶竖直上拋运动

1.按图1（b）装置安装好器材，使矿泉水瓶低于木板，在低桌子下方。

2.往瓶中装水后用力向下拉A端使瓶上升，使瓶升至高于木板，可观察到毛巾上有红色水迹，说明瓶在拉力作用下上升过程中孔中有水唆出。

3.可改变不同的拉力使瓶上升，均可观察到毛巾上有水迹，说明均有水从孔中喷出。

4.先使瓶子快速上升至桌面高度时，撤去拉力，瓶子在惯性作用下做竖直上拋运动，可观察到毛巾上没有水迹出现，说明瓶子在竖直上拋过程中孔中没有水喷出。（以上实验每做一次要更換新毛巾）

本实验较直接将矿泉水瓶自由落体或竖直上拋有以下几个优点：

1.可视性强。如果将瓶子直接上拋或者自由下落的话，在教室有限空间内上升和下降过程都是极短暂的，不便于较清晰地观察到实验现象，而通过本实验设计，可根据毛巾上的水迹间接反映了孔中有无水喷出。

2.对比明显。矿泉水瓶下降和上升过程中，只要受到拉力的作用就有水从孔中喷出，在只受重力作用下上升或下降过程中都没有水喷出，现象非常明显。

3.便于操作。尤其是使矿泉水瓶做竖直上拋运动时，直接用手上拋很容易使瓶子发生翻转现象，致使有水流出。

4.参与性强。本实验需学生参与协助教师完成实验，通过多次演示，既培养了学生的实验能力，又激发了学生学习物理的兴趣和爱好。endprint