自制超失重狀態記憶器

徐 勝 吳常光 謝祥金

(重慶市兼善中學,重慶 400700)

1 對超重失重的理解

學生在學習中會顧名思義的認為“超重就是物體重力增加了,失重就是物體重力減小了,完全失重則是物體不受重力了”.其實要解決這個問題,關鍵在于要先知道我們在生活中是怎樣來測量物體所受重力的,其基本原理是“二力平衡原理”.用一根彈簧秤掛起重物,當物體處于靜止狀態(即受力平衡狀態)時,彈簧對物體的拉力大小等于物體所受的重力,因此通過讀出彈簧秤的示數就可得到物體所受重力大小,我們將彈簧秤的示數作為視重,即得 F視=G.

然而當加速度a豎直向上時,由牛頓第二定律得FG=ma,此時F＞G,由于我們習慣認為彈簧秤示數等于物體重力,其實 F視＞G,出現超重現象;當加速度 a豎直向下時,由牛頓第二定律得 G-F=ma,此時F＜G,由于我們習慣認為彈簧秤示數等于物體重力,其實F視＜G,出現失重現象.

超重和失重是一種物理現象,當物體在豎直方向上的一定范圍內做變速運動時,物體所受重力并沒變,只是拉力(或支持力)大于或小于重力,即視重發生了變化.

2 現有演示的不足

上課時,通過彈簧秤拉物體或人站在臺秤上做下蹲運動,雖可以演示讀數變化,但不便于靜止下來分析,為了便于講解分析,我們設計并研制了超失重狀態記憶器.

3 超失重狀態記憶器

3.1 儀器的特點及用途

圖1

(1)特點:本教具制作成本低、使用方便,并能形象直觀地把物體處于超重、失重狀態顯示出來,同時也能顯示超重、失重的程度.

(2)用途

①記憶超重、失重狀態.

②記憶超重、失重程度,超重組(紅燈)亮得越多,說明超重程度大;失重組(綠燈)亮得越多,說明失重程度大.

③讓學生自己操作,親自體驗超重、失重現象.

3.2 教具裝置結構圖(圖1)

1.記憶器箱體;2.彈簧;3.滑動觸桿;4.配重;5.鋸齒狀自動鎖扣;6.開關;7.失重顯示燈(綠色);8.疊塊電池;9.超重顯示燈(紅色).

3.3 制作材料

電源(9 V疊層電池3個);電阻若干;發光二極管(紅光、綠光各6個);開關(1個);帶鉤的彈簧;金屬配重;薄金屬鋁片;導線;金屬桿;木材;螺絲;鐵釘等.

4 制作方法

(1)用木材制作成如圖1所示,帶自動鎖扣的鋸齒狀控制槽箱體.(2)用鋁皮貼在鋸齒狀鎖扣上,擰緊螺絲.(3)按圖2的電路結構示意圖,焊接好電路.(4)在彈簧下端安裝滑動觸桿.

圖2

圖3

(5)組裝以上部件形成實物(圖3).

5 使用方法

第1步:選擇適當的配重,并將該配重掛在彈簧秤掛鉤上,開始時使鉤碼處于靜止狀態.

第2步:打開電源開關,把記憶箱加速向上提,觀察燈泡發光情況.我們會看到超重組的紅燈亮起,說明物體處于超重狀態,紅燈亮得越多,說明超重程度大.

第3步:打開電源開關,把記憶箱加速向下放,觀察燈泡發光情況.我們會看到失重組的綠燈亮起,說明物體處于失重狀態,綠燈亮得越多,說明失重程度大.

1 全日制普通高級中學教科書(必修)《物理》第 1冊.北京:人民教育出版社,2008.

2 姚久民.超重、失重實驗裝置的新設計.物理教師,2007(8).