李艷茹 張皓晶 張瑛 張雄

摘 要：提供一個自制的失重現(xiàn)象演示裝置，延長了物體產生失重現(xiàn)象的時間， 自制的演示裝置簡單、直觀、可靠并且成本低廉。應用在高中物理教學中，較好地解決了失重問題的引入，教學實踐表明在貧困農村中學物理教學中效果較好。

關鍵詞：超重和失重；自由下落；浮力的作用；水和瓶子

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）5-0057-2

1 引 言

失重現(xiàn)象是人教版高中物理必修一第四章第七節(jié)的內容，課本中介紹了人站在體重計上，下蹲、起立體重計的示數(shù)會發(fā)生變化，用這一現(xiàn)象，來幫助學生進一步理解超重和失重[1]，但由于體重計示數(shù)變化的時間極短，失重現(xiàn)象對于學生來說仍然過于抽象。劉治宏、田勝安在《失重超重演示儀的制作》一文中也提到教科書上的這一方法存在一定的局限，譬如不利于在課堂上演示，難以讓學生身臨其境[2]。P.W.Kwok在教學研究中提出了一個新的關于失重現(xiàn)象的演示實驗[3]，在演示實驗中，作者把物體產生失重現(xiàn)象的時間延長，讓學生可以清楚地看到物體的失重現(xiàn)象。

2 實驗裝置和步驟

（1）找一個常見的筆帽，把筆帽開的一端用防水膠密封起來，且往筆帽上插入三枚回形針，筆帽通過加了防水膠和回形針（以下統(tǒng)稱筆帽）之后，可以直立地浮在水面上或者是緩慢地在水里下落（筆帽在裝有水的瓶子中下落時受力分析如圖1所示）；（2）當筆帽從裝有水的瓶子的頂部釋放的時候，筆帽將緩慢地從瓶子頂部開始往底部下落。當筆帽下降到瓶子高度一半的時候，釋放瓶子，讓其自由下落[3]；（3）觀察此時的實驗現(xiàn)象。在筆帽隨瓶子自由下落的過程中，筆帽似乎凍結在了瓶子的中部，停止向瓶子底部運動。

3 實驗原理分析

人教版高中物理（必修1）中對失重現(xiàn)象是這樣定義的：物體對支持物的壓力（或對懸掛物的拉力）小于物體所受的重力的情況稱為失重現(xiàn)象[4]。在本實驗中，當筆帽隨瓶子自由下落時，筆帽和瓶子相對地面加速下降，筆帽處于失重狀態(tài)，又因為小球失重前受到自身的重力以及水的浮力的作用，失重后筆帽只受水的浮力作用，且失重前筆帽相對于地面的速度不為0。因此，當筆帽隨瓶子自由下落的過程中，由于時間極短，筆帽靜止在瓶子中部，相對于瓶子靜止，不再向瓶子底部移動。

（1）在這個演示實驗中如果筆帽在下落過程中不受到水的浮力的作用，筆帽將在極短的時間內落到瓶底，學生將不能在本實驗中清楚地看到失重現(xiàn)象。因此，本實驗延長了筆帽產生失重現(xiàn)象的時間。

（2）由于本實驗在步驟中往筆帽里加防水膠和回形針，可以方便地調節(jié)好筆帽的重量并且控制它在水中下落的速度。

（3）當做完一次實驗，筆帽沉在了水底，這時需要把瓶子里的水倒空，取出筆帽，再次把水倒入瓶中，進行第二次實驗。為了避免麻煩，我們在實驗過程中往筆帽上插入了三枚回形針，然后用磁鐵把插有回形針和防水膠的筆帽從瓶子的底部吸引上來，提高了實驗的可操作性。

4 實驗可以改進的地方

由于在做本實驗時需要把裝有水和筆帽的瓶子從3 m高的地方釋放，且下落時間為0.6～0.7 s，這個時間足夠學生捕捉下來，清楚地看到筆帽的失重現(xiàn)象。但仍然有可以改進的地方，例如：（1）筆帽可以直接改成直徑2 cm的深色塑料球，避免塞防水膠和回形針的時間，從而提高了實驗效率；（2）可以把實驗中的水換成透明的洗潔劑，增大物體在下落過程中受到的阻力，再次延長下落物體產生失重現(xiàn)象的時間；（3）用記號筆在瓶子上畫好刻度（如圖2所示）或粘一條直角坐標紙在瓶子上做位置的標定，明確瓶子中部的具體位置，這樣不僅可以讓失重現(xiàn)象更加直觀，而且增加了實驗的科學性，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)乃季S習慣；（4）把重復幾次實驗的過程改為錄視頻的過程，把錄好的視頻復制在教室多媒體設備上，這樣可以在任意時間暫停、回放，保證每一位學生都看到明顯的失重現(xiàn)象。

5 小 結

本實驗所需器材均簡單易得，實驗現(xiàn)象明顯，通過改進之后，不僅節(jié)約了時間，而且提高了課堂教學效率，把失重現(xiàn)象更加清晰地展現(xiàn)給每一位學生，激發(fā)了學生學習的熱情。另外，實驗中增加了用移動設備錄視頻的實驗步驟，調動了學生學習的積極性，達到了事半功倍的效果，真正體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的新課程理念。

參考文獻：

[1]物理課程教材研發(fā)中心.物理1必修[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]劉治宏，田勝安.超重失重演示儀的制作[J].物理教學探討，2013，31（4）：54，56.

[3]PING WAI KWORK.A simple demonstration to visualize weightlessness July 2010 Phys.Educ.45 19.

[4]張大昌.普通高中課程標準實驗教科書 物理（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2011.