關于超細實驗的改進

過去，描述重量和重量的實驗方法是將重量鉤子上的鉤子標記，靜態讀取和讀取，然后用手掌壓彈簧平衡朝上運動，彈簧平衡的讀取值變得更大，即重量；如果你加速或向下移動，彈簧平衡的讀取值會降低，這就是重量（該方法適用于中學物理教材）。這一演示方法存在著如下不足:一是彈簧秤較小,可見度差;二是指針一閃而過,學生不容易看清讀數,等彈簧秤靜止下來,指針也回到原位,這顯然不利于學生對超重、失重概念的理解(也許由于上述原因,現行高中物理教材干脆省略了此演示實驗).筆者通過認真分析發現,該實驗效果不好的原因在于不能把變化后的指針位置固定下來,假如能讓指針固定下來,學生就可讀出彈簧秤加速運動后物體受到的重力,再和彈簧秤靜止時的讀數一比較,即可明了超重(或失重)概念.在借鑒“沖擊擺”實驗的基礎上,筆者設計制作了超重失重演示器,有效地克服了上述不足,在教學中取得了很好的教學效果.1設備制造該儀器的主體結構就是一個放大了的、加了兩根導軌的“彈簧秤”,如圖1所示.1.1“擺動片”的使用把彈簧秤的指針和掛鉤分離開來,并在彈簧秤的掛鉤上做一個“撥動片”,實驗時,讓“撥動片”撥動指針在導軌上移動,當彈簧秤靜止時,掛鉤恢復原位,而指針留在了“超重”或“失重”的位置上,并指示出物體做加速運動時的“視重”.1.2所需的設備160長度約60cm,寬約15cm,厚度約1cm的光滑長方形木板一塊.2厚度約0.5cm,面積約1cm2的小木塊4個.3原長度約15mcm,勁度系數約為50N/m,最大伸長量大于40cm的密繞彈簧一根.42長度約2m,直徑約2mm的鐵絲一段.5厚度約為0.8mm的鐵皮一小塊.1.3生產方法1彈響棋掛鉤畫帶①在面板正面刷白漆,晾干.②在距頂部1cm處的中央釘一鐵釘,用來掛彈簧;在距下邊緣1cm處的中央釘一U形鉤,用來做彈簧秤掛鉤的限位孔.③在距頂端約15cm處,畫一條水平線段,在距離中央2.5cm處對稱地畫出A、B兩點;同樣,在距下邊緣1cm處畫一條水平線段,找到對應的C、D兩點,在A、B、C、D四點打孔,用來穿鐵絲用.注意,AC、BD必須平行,且平行于面板的中軸線.④在A、B的下方,C、D的上方各釘一小木塊,以便使作為導軌的鐵絲懸空.2兩個控制部位.①在鐵絲的中央找到相距5cm的兩點,并彎成U型(底部的兩個拐點盡量彎成硬彎).②把鐵絲的兩個自由端分別從面板的背面通過A、B兩點向前穿出,再向下彎曲,再通過C、D兩點向后穿出,然后在面板的背面擰緊.注意,兩根導軌要拉緊,并保持筆直.3彈簧直徑.①剪一段長度適當的鐵絲,一端彎成鉤,用作彈簧秤的掛鉤.②用鐵皮剪一個圓,其直徑和彈簧直徑大致相等.在中央打孔,穿在掛鉤上.用來做撥動指針移動的“撥動片”.③仿照成品彈簧秤的做法,用鐵皮剪一個正三角形(略大于彈簧直徑),中央打孔,穿在掛鉤上,并把掛鉤的這一端鉚成帽,使三角形不能脫出.4把轉動片和掛鉤重新焊接成掛鉤上①把三角形鐵皮按照彈簧螺旋的方向旋入彈簧的兩匝之間,把三個角向下彎曲.②調整撥動片的位置,使之指向適當位置.為了增加該撥動片和掛鉤連接的穩固性,可以把它直接焊在掛鉤上的適當位置,也可以每隔120°增加一條筋.5初刻的初至中央彈響司即刻①把彈簧掛在頂端的鐵釘上.②在距離中線約4.5cm的位置分別畫兩條豎直線段,用來標注刻度.刻度的具體位置用一標準彈簧秤來校準.6用針之間的距離。用一個短環①用一段鐵絲彎成圖2(a)所示的形狀(名為“指針鉤”),一端彎成封閉的圓,另一端彎成開放的鉤.并把圓旋入一根導軌中(使一根導軌在圓中穿行),把鉤勾在另一根導軌上,使圓和鉤之間的距離略小于導軌間距,以便利用導軌和指針鉤之間的摩擦來工作;且預防在使用中指針丟失.②用鐵皮剪成圖2(b)所示的指針,并固定在上述“指針鉤”的前面.為明顯起見,可以刷上紅漆.至此,整個儀器制作完畢.2實驗方法2.1彈簧擺動片的使用先把“指針鉤”一端的鉤從導軌上摘下,把指針置于圓形“撥動片”的下方(緊貼“撥動片”),再把鉤勾在導軌上,取一個5N重的砝碼,掛在彈簧秤下,彈簧伸長,掛鉤向下運動,“撥動片”撥動指針沿導軌向下運動,靜止時,指針指向5N的位置;此時,用手握住彈簧秤加速向上運動,靜止時掛鉤恢復原位,而指針指在了約15N的位置(超重數值的大小決定于運動時加速度的大小),顯示出了“超重”.下次實驗時,用手把指針撥回到“撥動片”的下面(與撥動片接觸),然后再加速上升,即可重復實驗.2.2用“擺動片”顯示失重從導軌上摘下“指針鉤”一端的鉤,把指針置于圓形“撥動片”的上方,并掛在導軌上,取一個15N重的砝碼,掛在彈簧秤下,彈簧伸長,掛鉤向下運動,用手撥動指針沿導軌向下運動,靜止時,使指針指向15N的位置;此時,用手握住彈簧秤加速向下運動,靜止時掛鉤恢復原位,而指針指在了約5N的位置(失重數值的大小決定于運動時加速度的大小),顯示出了“失重”.下次實驗時,用手把指針撥回到“撥動片”的上面(與撥動片接觸),然后再加速下降,即可重復實驗.綜上所述,做超重實驗時,是“撥動片”把指針向下撥動到數值較大的位置處靜止;做失重實驗時,是“撥動片”把指針向上撥動到數值較小的位置處靜止.因此,指針指示的數值就是物體加速運動后的“視重”,物體的“超重”