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用电流表演示超重与失重现象的设计性实验

  • 投稿波意
  • 更新时间2015-09-14
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江苏师范大学教师教育学院(221116)杨泽敏 孙晓林 拾景忠

超重与失重是在学生学习了牛顿运动定律的基础上展开的。但此时学生以形象思维为主,抽象思维能力较为薄弱,如果只通过理论分析超重与失重,有一定的难度,因此,演示实验在教学中显得尤为重要。现在教学中能用于课堂的超重与失重演示仪非常少,通常只是利用悬挂砝码的弹簧测力计做加速运动来进行演示,但是这一实验需要从运动的弹簧测力计上观察超重与失重现象,不大方便。在一些有条件的学校会采用放在电梯里的体重计来演示实验,但是操作不方便,并且效果不够明显。为此,笔者充分利用一些常见的实验器材自行设计超重与失重演示仪,方便简单地解决了这一物理实验问题。

1实验器材及装置制作

1.1实验器材

14008型平板测力计(量程0~5 N),电流表(量程0~0.6 A,最小刻度为0.02 A),电源(两节干电池),滑动变阻器R,开关,50 g的砝码,铅笔芯,导线,金属丝等。

实验装置如图1所示。

1.2装置制作

(1)制作简单的滑动变阻器。首先剪切长度小于铅笔芯1 cm的吸管,在其侧面剪出一道口子,两端用塑料泡沫塞住并用胶带固定好;然后用金属丝圈在铅笔芯上,作为滑片;最后将带金属丝的铅笔芯插入吸管中间,用胶带粘好,如图2所示。

与弹簧测力计

(2)将滑动变阻器粘在弹簧测力计上,用导线将滑动变阻器的滑片和弹簧测力计的指针固定在一起,如图3所示。在固定滑动变阻器时可以通过用塑料泡沫来调整其高度,保证铅笔芯与指针平行,以确保滑片的自由滑动。

(3)按照图4所示电路图,连接好电路。

2实验原理

该教具是在用弹簧测力计演示超重与失重的基础上,将弹簧测力计的指针与用铅笔芯制作的滑动变阻器的滑片连接,按图5所示原理图连接而成。当弹簧测力计的指针上下滑动时会改变接入电路中电阻的大小,从而可以从电流表中观察悬挂重物的重量,并因此也可以用来演示超重与失重现象。当物体超重时,滑片向下滑动,接入电路中的电阻减小,电流表示数变大;反之,若电流表示数减小,则说明滑片向上滑动,即物体处于失重状态。因此从静止的电流表中观察电流的变化来说明超重与失重现象,很好地解决了从运动的弹簧测力计中不易观察的问题。

3实验内容及操作步骤

(1)将弹簧测力计提起,悬挂砝码(50 g),保持平衡。然后闭合开关,调节滑动变阻器R,使电流表示数为0.10 A,此时电流表的示数可以用来表示砝码静止时的视重,即砝码的实重。

(2)将悬挂砝码的弹簧测力计迅速提起,让其加速上升,观察电流表指针位置的变化。此时电流示数约为0.16 A,电流表示数变大,说明此时弹簧测力计表示砝码的视重大于实重,即砝码处于超重状态。

(3)让悬挂砝码的弹簧测力计加速下降,观察电流表示数的变化。此时电流表示数约为0.04 A,电流表示数减小,说明此时弹簧测力计表示砝码的视重小于实重,即砝码处于失重状态。

4结束语

本实验具有取材方便、制作简单、操作容易、效果明显等特点,并且还具有以下两个重要作用。

(1)实验将力学信号转化为电学信号,激发学生的创新设计思维能力。

(2)实验化动为静,将从运动的弹簧测力计观察现象转化为从静止的电流表中观察现象,使实验由难变易,提高了实验教学效果。

此外,由于本实验取材方便,制作简单,实验现象明显,不仅可用于教师演示实验,也可以用于学生分组实验。在用于教师演示实验时,为了便于学生观察,可以将电流表更换为示教电流表,干电池换为学生电源,调节电源电压的大小使电路中的电流不超过示教电流表的量程即可。

收稿日期:2014-11-05