对超重失重演示实验的改进，本文主要内容关键词为：演示论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、传统实验方法存在的不足
传统的演示超重、失重的实验方法就是在弹簧秤下挂一个勾码，在静止时读出读数，然后用手提着弹簧秤加速向上运动，会看到弹簧秤的读数变大，即为超重；加速向下运动，会看到弹簧秤的读数变小，即为失重（中师物理教材采用此一方法）。
这一演示方法存在着如下不足：一是弹簧秤较小，可见度差；二是弹簧秤是运动的，指针一闪而过，学生不容易看清读数，等弹簧秤静止下来，指针也回到原位，这不利于学生对超重失重的理解（也许由于上述原因，现行高中物理教材干脆省略了此演示实验）。
二、原因分析
笔者通过认真分析发现，该实验效果不好的原因在于不能把“变化后的指针位置固定下来”，假如能让指针固定下来，学生就可读出弹簧秤加速运动后物体受到的重力，再和弹簧秤静止时的读数一比较就可以得出超重（或失重）的概念来了。通过借鉴“冲击摆”实验，笔者设计制作了如下超重失重演示器，有效地克服了上述两点不足，在教学中取得了很好的教学效果。
三、仪器的制作
本仪器的主体结构就是一个放大了的、加了两根导轨的“弹簧秤”，如图1。
1.制作思路
如果把弹簧秤的指针和挂钩分离开来，并在弹簧秤的挂钩上做一个“拨动片”，实验时，让“拨动片”拨动指针在导轨上移动，则当弹簧秤静止时，挂钩恢复原位，而指针则留在了“超重”或“失重”时的位置，指示出了物体做加速运动时的“视重”。
图1
2.所需器材
(1)长约60厘米、宽约15厘米、厚度约1厘米的光滑长方形木板一块。
(2)厚约0.5厘米，面积约1平方厘米的小木块4个。
(3)原长约15厘米、劲度系数约为50牛／米、最大伸长量大于40厘米的密绕弹簧一根。
(4)长约2米、直径约2毫米的铁丝一段。
(5)厚度约为0.8毫米的铁皮一小块。
3.制作方法
(1)面板的制作。
①在面板正面刷白漆，晾干；
②在距顶部1厘米处的中央钉一铁钉，用来挂弹簧；在距下边缘1厘米处的中央钉一U形钩，用来做弹簧秤挂钩的限位孔；
③在距顶端约15厘米处，画一条水平线段，在距离中央2.5厘米处对称的画出A、B两点；同样，在距下边缘1厘米处画一条水平线段，找到对应的C、D两点，在A、B、C、D四点打孔，用来穿铁丝用。注意，AC、BD必须平行，且平行于面板的中轴线；
④在A、B的下方，C、D的上方各钉一个小木块，以便使作为导轨的铁丝悬空。
(2)导轨的制作
①在铁丝的中央找到相距5厘米的两点，并弯成U型（底部的两个拐点尽量弯成硬弯）。
②把铁丝的两个自由端分别从面板的背面通过A、B两点向前穿出，再向下弯曲，再通过C、D两点向后穿出，再在面板的背面拧紧。注意，两根导轨要拉紧，并保持笔直。
(3)挂钩的制作
①剪一段长度适当的铁丝，一端弯成钩，用做弹簧秤的拄钩；
②用铁皮剪一个圆，其直径和弹簧直径大致相等。在中央打孔，穿在挂钩上。用来做拨动指针移动的“拨动片”；
③仿照成品弹簧秤的做法，用铁皮剪一个正三角形（略大于弹簧直径），中央打孔，穿在挂钩上，并把挂钩的这一端铆成帽，使三角形不能脱出。
(4)弹簧和挂钩的装配
①把三角形铁皮按照弹簧螺旋的方向旋入弹簧的两匝之间，把三个角向下弯曲；
②调整拨动片的位置，使之指向适当位置。为了增加该拨动片和挂钩连接的稳固性，可以把它直接焊在挂钩上的适当位置，也可以每隔120度增加一条筋。
(5)刻度的绘制
①把弹簧挂在顶端的铁钉上；
②在距离中线约4.5厘米的位置分别画两条竖直线段，用来标注刻度。刻度的具体位置用一标准弹簧秤来校准。
图2
图3
(6)指针的制作
①用一段铁丝弯成图2所示的形状（名为“指针钩”），一端弯成封闭的圆，另一端弯成开放的钩。并把圆旋入一根导轨中（使一根导轨在圆中穿行），把钩勾在另一根导轨上，使圆和钩之间的距离略小于导轨间距，以便利用导轨和指针钩之间的摩擦来工作；且预防在使用中指针丢失；
②用铁皮剪成图2所示的指针，并固定在上述“指针钩”的前面。为明显起见，可以刷红漆。
至此，整个仪器制作完毕。
四、实验方法
1.超重实验
先把“指针钩”一端的钩从导轨上摘下，把指针置于圆形“拨动片”的下方（紧贴“拨动片”），再把钩勾在导轨上，取一个5N重的砝码，挂在弹簧秤下，弹簧伸长，挂钩向下运动，“拨动片”拨动指针沿导轨向下运动，静止时，指针指在5N的位置；此时，用手握住弹簧秤加速向上运动，静止时挂钩恢复原位，而指针指在了约15N的位置（超重数值的大小决定于运动时加速度的大小），显示出了“超重”。
下次实验时，用手把指针拨回到“拨动片”的下面（与拨动片接触），然后励口速上升，即可重复实验。
2.失重实验
从导轨上摘下“指针钩”一端的钩，把指针置于圆形“拨动片”的上方，并挂在导轨上，取一个15N重的砝码，挂在弹簧秤下，弹簧伸长，挂钩向下运动，用手拨动指针沿导轨向下运动，静止时，使指针指在15N的位置；此时，用手握住弹簧秤加速向下运动，静止时挂钩恢复原位，而指针指在了约5N的位置（失重数值的大小决定于运动时加速度的大小），显示出了“失重”。
下次实验时，用手把指针拨回到“拨动片”的上面（与拨动片接触），然后再加速下降，即可重复实验。
综上所述，做“超重”实验时，是“拨动片”把指针向下拨动到数值较大的位置静止；做“失重”实验时，是“拨动片”把指针向上拨动到数值较小的位置静止。因此，指针指示的数值就是物体加速运动后的“视重”，物体的“超重”和“失重”被指针准确地反映出来了。使学生对“超重”和“失重”有了一个正确的感性认识。起到了“演示实验”应有的作用。
另外，若把“拨动片”也做成指针的形状，则可同时指示出物体的实际重力和超重（或失重）数值，有利于同学们进行比较、研究。