“超重和失重”的幾個演示實驗

“超重和失重”的幾個演示實驗在講到“超重和失重”時，全日制普通高級中學(xué)教科書以人在升降機中的情況為例，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書把升降機換成升降電梯，都是通過分析人對升降機（電梯）的板的壓力，幫助學(xué)生理解超重和失重現(xiàn)象。為了增加學(xué)生感性認(rèn)識，前者安排了“做一做”觀察失重現(xiàn)象，后者在例題旁安排了一幅插圖，說明人站在體重計上下蹲或起立時也能看到超重和失重現(xiàn)象。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，直接以此類方式分析理解失重和超重現(xiàn)象，學(xué)生興趣不高，不能激發(fā)學(xué)生的強烈的求知欲。因為事例雖取材于生活，但是很多學(xué)生對此缺乏感性認(rèn)識，有的學(xué)生沒有接觸過，測量過體重的同學(xué)大多數(shù)也沒留心注意過。因此，筆者通過自制簡易“超重和失重”趣味演示儀，在引入超重和失重概念時，采用自制趣味實驗開頭，使學(xué)生一下處于“受激”狀態(tài)，點燃學(xué)生對知識的好奇之心，將教學(xué)從“要我學(xué)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。為了使教具演示的形象獨特美妙，筆者介紹自行設(shè)計的幾個簡易趣味教具供老師們參考‘。方案1找一根鋼鋸條（或折一根富有彈性的竹條，鮮桑條、柳條均可在其一端系掛一重物（如祛碼、擺球、螺母等）。演示時，如圖1所示手握鋸條另一端，向上或者向下加速平動鋸條，則見鋸條與靜止時彎曲度的對比變化明顯，“超重和失重”現(xiàn)象顯見。方案2如圖2所示，找一個金屬罐，在其底部固定一個鉤（或打一個孔），將兩根橡皮筋的一端固定在這個鉤上（或穿過孔打一個結(jié)），橡皮筋的另一端各掛一個較重的物體，如擺球、大鐵螺母等，將其擱在金屬罐口的外邊緣上，使之可以被橡皮筋拉入罐內(nèi)，金屬罐口上系繩子，可使金屬罐加速上升或自由下落。演示時，使金屬罐自由下落，由于重物失重，它將在橡皮筋拉力的作用下，被拉入金屬罐中，并可聽到重物撞擊金屬罐的響聲。若將兩重物拉下一些，參閱圖2,使橡皮筋在金屬罐外的長度增加一些，再使金屬罐加速上升（或通過定滑輪拖動），由于重物超重，橡皮筋將被拉長，重物相對于金屬罐要下降一些，超重顯見。方案3如圖3所示，在一個微小壓強計的金屬盒的橡皮膜上放一個橡皮塞，這時因橡皮膜受壓，U形壓強計液柱高度發(fā)生變化，打開壓強計三通閥（或橡皮管夾子），使壓強計液面相平，然后關(guān)閉閥門。演示時，手托金屬盒使其加速上升或加速下降，可以看到壓強計兩液柱的高度差發(fā)生明顯差異，不同的液柱差，可說明橡皮塞的“超重和失重”現(xiàn)象。方案4選一個盡量深一點量筒，倒人滿刻度的水，在量筒外扎緊一根鐵絲，以作為支架。支架上用細(xì)線掛一個重物（如小擺球、螺母等），重物正好完全沒入量筒水中，將這一量筒放在天平左盤上，調(diào)節(jié)天平平衡如圖4。演示時，燒斷懸線，這時重物便以較小的加速度豎直下落，可觀察到由于重物加速下落，放重物一側(cè)向上翹起，“失重”現(xiàn)象顯見。筆者體會:1、超、失重實驗演示需解決的主要問題是：當(dāng)物體處于超重或失重狀態(tài)時，測力裝置受力情況的變化怎樣才能清楚地表現(xiàn)出來，正因為如此，上述方案之不同點，主要著眼于實驗設(shè)計或改進(jìn)顯示裝置。2、實驗時為使實驗現(xiàn)象明顯，向上和向下加速度不宜過大，否則過程時間太短，同時應(yīng)注意指導(dǎo)學(xué)生明確觀察哪一階段的現(xiàn)象。.3、上述實驗可作為形成概念用的演示實驗，也可以在知識鞏固階段運用，也可以作為節(jié)后“做一做”小實驗，激發(fā)學(xué)生鉆研物理的興趣。4、自制教具準(zhǔn)備實驗，看似要花相當(dāng)多的精力，而且老師很辛苦，但長期堅持，卻能“事半