“超重和失重”现象的实验

超重与失重现象实验教具【实验原理】假设一个人站在升降机的磅秤上，升降机以匀加速竖直上升和匀加速竖直下降。

为了讨论方便，设人重量是mg，匀加速运动的加速度为a，磅秤上的读数是N，且以上各字母均是纯数量，用正、负号来表示它们的方向。

设竖直向上为正方向。

第一种情况下，升降机向上匀加速运动，磅秤上的读数为N=mg＋ma＝m(g＋a)＞mg我们把人在这种情况下所处的状态叫“超重”现象。

第二种情况下，升降机向下匀加速运动，N=mg-ma=m(g-a)＜mg我们把人在这种情况下所处的状态叫“失重”现象。

同样，当物体竖直向下匀减速与向上匀减速运动时，也会有超重与失重现象。

分析的方法是一样的。

我们可以自制仪器，用几种方法来说明这个道理。

【制作方法】方法一材料：废牙膏皮找来一支废牙膏皮，拧下盖，打开后面卷着部分，用圆木棍把它鼓起来，洗净里面的残存牙膏。

用针在牙膏皮靠近盖帽的圆筒两对边各钻一小孔，盖好盖。

小孔不要过大，把牙膏皮装满水后，水刚好能射出为宜。

实验时，用一个桶接大半桶水放在牙膏皮运动的正下方。

先将牙膏皮装满水，手持牙膏皮上端不动，可以看到水从小孔里射出，见图7-9。

图7-9迅速手持牙膏皮向上匀加速运动，可以看到小孔里喷出的水比刚才喷得更急、更远。

这是因为筒内的水处于超重状态，它对牙膏皮筒壁的压力增大的结果。

再将牙膏皮装满水，手持牙膏皮筒在高处不动，可以看到水从小孔里射出。

突然丢手，让牙膏皮做自由落体运动。

大家可以看见原来向外喷水的牙膏皮，在向下落时，一点水也不向外喷射！这是因为水处于失重状态时，它对牙膏筒壁的压力几乎减小为零了。

方法二材料：空高橙饮料瓶一个、软弹簧一根、1号电池两节、小电珠一颗、8×20cm2三夹板一块、导线、铁皮、细线等。

用剪刀去掉饮料瓶底部与上部，留下中间透明塑料部分。

在三夹板下端固定一块铁皮作软弹簧的底座，由软弹簧引出一根导线接小电珠。

剪一略大于1号电池直径的圆铜片，圆铜片中央开一直径3mm的小孔，然后把这圆铜片套在一节电池上并焊牢。

超重失重探究实验报告实验目的：探究超重失重现象对物体的影响，以加深对物体重量与重力的理解。

实验材料：1. 天平2. 弹簧测力计3. 各种不同质量的物体4. 实验记录表格5. 实验数据处理软件（如Excel）实验步骤：1. 将天平放在水平平台上，并确保其准确性。

校准天平以保证精准的重量测量。

2. 使用弹簧测力计测量不同物体的重力。

3. 将物体放置在天平上，并记录其重量。

4. 将物体悬挂在弹簧测力计上，并记录其测得的重力。

5. 将物体放入自由落体状态，此时物体不再受到任何约束力。

6. 使用弹簧测力计测量失重物体在自由落体时的重力。

7. 记录实验数据，并用数据处理软件处理数据。

实验结果与分析：根据实验所得数据，我们计算出了物体在超重失重时的重力值。

通过比较不同状态时物体的重量，我们可以观察到以下现象：1. 在正常重力下（物体放置在天平上），物体的重力等于其实际重量。

2. 在悬挂状态下，物体受到弹簧测力计的反作用力，因此所测得的重力值略小于实际重量。

3. 在自由落体状态下，物体不再受到任何约束力，因此失重物体的重力值为零。

根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 物体的重力与其质量成正比，无论是在正常重力、悬挂状态还是自由落体状态下都成立。

2. 超重失重现象是由于物体在自由落体状态下不再受到约束力的作用，导致重力为零。

结论：通过本次实验，我们深入了解了超重失重现象对物体重量的影响。

在正常重力下，物体的重力等于其实际重量。

而在悬挂和自由落体状态下，物体所受到的重力会有所变化。

这一实验结果进一步巩固了我们对物体重量与重力关系的理解，并揭示了超重失重现象的本质。

实验十六超重与失重
实验目的
观察超重与失重现象，探究产生超重与失重的原因。

实验原理
物体在向上或向下作加速运动时，对支持物的作用力大于或小于重力，这种现象称为超重或失重。

实验器材
朗威DISLab、计算机、重物。

实验装置图
见图16-1。

图16-1 实验装置图
实验过程与数据分析
1．将力传感器接入数据采集器，选择“示波”显示方式；
2．握住传感器的手柄，使其测钩竖直向下，点击“调零”；
3．将重物（6N左右）悬挂在力传感器测钩上；
4．教师可以在实验之前先引导学生基于实验原理，猜想超重和失重对应的“F-t”图线可能呈现出的形状；
5．手持悬挂有重物的力传感器，沿垂直于地面的方向加速升降，观察波形变化；
6．点击“停止”，回放“F-t”图线（图16-2）；
7．根据实验获得的“F-t”图线，分析推断该图线不同区段所对应的运动状态，对学生们实验之前的猜想加以验证；
8．改变重物上升、下降的加速度或重物的质量，重复实验，观察此时的“F-t”图线与图16-2之间的差别，讨论其成因。

图16-2 超重失重图像。

超重和失重现象（一）电梯上和磅秤上的实验自从人造卫星和宇宙飞船发射成功以来，人们常常谈论超重和失重，从电视上也可以看到宇航员处于完全失重时的现象。

为加深对超重、失重的理解，让我们做一做如下的实验。

用细漆包线（直径在0．3毫米左右）在钢笔上绕一、二十圈做成一个小弹簧。

在弹簧的下端挂一块小橡皮，然后用手提着弹簧的上端去乘电梯。

观察电梯开始上升和停止下来，以及开始下降和停止下来这四个阶段中弹簧伸长的变化，把观察到的现象记录在下表中：在上述现象中你认为哪种情况属于超重现象，哪种情况属于失重现象。

你还可以站在称作重的磅秤上做类似的实验：静止时记下磅秤的读数，然后下蹲，看开始下蹲的瞬间和下蹲结束的瞬间磅秤的读数是怎样变化的？再看看站起的过程中读数有什么变化，为什么会产生这些变化？（二）用冰淇淋纸杯做失重实验如图1．30－1，把两个金属螺母（M10－12毫米）拴在一根橡皮筋的两端，再把橡皮筋的中点用一短绳固定在冰淇淋纸盒（或铁罐）底部正中，让螺母挂在空盒的口边上。

实验时让空盒从约2米的高处自由下落，你会发现螺母被橡皮筋拉回盒中，并发生“咔哒”的撞击声。

请你试一试，并思考下列问题：（1）为什么下落时，螺母会被拉入到盒内？（2）在空盒放手后的初始阶段，螺母是否以重力加速度g自由下落；（3）放手后，空盘是否以重力加速度g下落？（三）用手电筒做超重、失重实验将手电筒竖直向上放置，打开开关，旋松后盖使小电珠恰能点亮。

实验时手持电筒，保持它在竖直方向，突然向上运动，你会看到小电珠熄灭。

如果使上述电筒的后盖稍许再旋松一点，直至小电珠刚刚熄灭，然后手持手电筒突然向下运动，小电珠就会点亮。

你能参照图1．30－2所示手电筒的结构，分析发生上述现象的原因吗？（四）小孔会流水吗？取100毫升的塑料药水瓶和装眼药水的小塑料瓶各一只，用大号缝衣针在两瓶靠近底面的两侧戳孔。

再取15厘米左右的细橡皮管一段，将其两端接在两个瓶塞的接管上，使两瓶口连通起来，并将它们用橡皮筋固定在一窄木板上，如图1．30－3所示。

河北zzzzz学院2013—2014学年度第 1 学期物理系物理专业技能训练（Ⅱ）班级：姓名： zzzzz学号：一、教具研究的项目小球超重与失重的实验研究二、研究目的及要求1：了解超重与失重的现象。

2：知道怎样的情况下小球是处于超重与失重的状态。

3：理解并研究产生超重与失重的条件。

4：实践生活中超重与失重的应用。

三、实验所需仪器小铁球、改造后的台称、弹簧、电源、木板等。

四、实验观察的现象1、开始前，台秤上未放任何东西，表盘指针指在720克的位置2.、将小球挂于弹簧下端时，处于平衡位置，表盘指针处于980克的位置、3、接通电源，将小球和托盘天平接触（由于托盘天平经过改造通电后可以吸引铁性物质）。

此时表盘指针处于中间位置约980克处。

3、断开电源，小球与台秤的底座脱离，开始上下振动。

4、当小球刚刚释放，小球处于最下端是表盘指针指向大约1120克。

竖直向上运动，到达平衡位置前，表盘指针读数比980克偏大。

超过平衡位置后，到达顶端前读数都比980克偏小。

到达最顶端时指针读数为约840克5、竖直向下运动，顶端到平衡位置过程，表盘读数都比980克偏小。

从平衡位置到低端，表盘读数比980克偏大。

到达最低端读数约为1120克。

五实验分析1、当小球挂在弹簧下时，弹簧静止，处于平衡状态，此时指针读数为小球的重量值。

图12、当小球刚刚被释放时，处于最下端，开始竖直向上运动，此时小球受到两个力的作用，重力与弹簧拉力，方向相反。

未达到平衡位置时，指针数值也大于小球重力的数值，即弹簧拉力F大于重力G。

那么小球处于超重状态。

物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受的重力的情况，叫超重。

图23、小球向上运动未达到平衡状态时，由于拉力大于重力，所以小球有竖直向上的加速度此时的小球处于超重状态。

所以我们说，当物体有竖直向上的加速度或有竖直向上的加速度分量时，物体超重，这就是超重的条件。

4、当小球竖直向上运动，刚刚超过平衡状态时，小球受到两个力的作用，竖直向上的弹簧力F和竖直向下的重力G。

超重和失重一、使用教材人教版高中《物理必修１》第四章第七节用牛顿运动定律解决问题(二)第二讲、二、实验器材自制支架、橡皮筋、定滑轮、绳子、整理箱、台秤、手机、电脑、传感器、饮料瓶、磁铁、医用润滑剂、蜡烛、气球、弹力圈等(图1、图2)三、实验创新要点/改进要点图１图2 本课实验改进的背景:生活中的超重失重现象往往转瞬即逝,难以观察。

在教材中,只是让学生“回忆" 乘坐电梯时的感受。

在以往教学实践中,也只是通过各种“巧妙”的实验,让学生“间接”感知超重失重,学生不能直截了当观察到超重失重现象(即物体对支持物的压力大于或小于物体所受重力的现象),增加了概念理解的难度、特别是关于学生最感兴趣的完全失重现象往往只能播放一些太空实验的视频。

依照新课程标准提出的“体验探究,倡导创新“的要求,我设计了创新实验装置,将“转瞬即逝”的物理过程“慢放定格",做到超重失重特别是完全失重过程的可视化,把太空舱里的完全失重实验搬到教室里来完成。

从而使教学过程更直观,使理论教学更水到渠成,使课堂教学更高效。

核心创新点:(一)超重、失重特别是完全失重过程的可视化:利用高速摄影＋追随摄影,即手机“慢动作”摄像结合与研究对象的同步运动,做到清楚地直截了当地观察超重、失重、完全失重现象;(二)实验结果的呈现做到实时化:利用网络技术+屏幕镜像技术,即利用无线网络(ＷiFi)和屏幕镜像软件,将手机屏幕上的内容实时展现到大屏幕上,马上实验结果立刻呈现在学生面前,无需任何额外操作和等待,提高了课堂效率;(三)利用同一平台,完成多种实验:用同样的实验方法,能够探究多种运动,特别是转瞬即逝的快速变化的运动。

通过开展“寻找超重失重"活动,能够激发学生的研究积极性。

如此以点带面,引导学生整合各类物理知识,设计综合性实验;(四)利用普通生活中的常见物品及随身携带的手机就能完成一系列实验,且能观察到以往在太空实验室中才能看到的实验结果,从而培养学生的科学精神和实验设计能力、四、实验原理／实验设计思路利用手机慢动作摄影功能结合与研究对象的同步运动,能够清楚记录快速变化的物理现象。

超重和失重现象的实验引言超重和失重现象是人们在不同环境下体验到的一种非常有趣的物理现象。

本实验旨在通过简单的实验操作，帮助我们理解超重和失重现象，并从中探讨该现象的科学原理。

实验材料•一个玻璃杯•温水•一个塑料袋•一些纸带•一个秤（用来称量物体重量的仪器）实验步骤第一步：准备工作1.将玻璃杯放置在平坦的桌面上，确保杯子底部与桌面平行。

2.准备适量的温水，注意水温适中，不要太热或太冷。

3.将塑料袋张开，并将塑料袋按照杯子口径的大小修剪，确保能够完全覆盖玻璃杯的口部。

4.准备一些纸带，用于制作装饰。

第二步：超重实验1.将塑料袋完全覆盖在玻璃杯的口部，确保密封性。

2.将玻璃杯倒置放在温水中，稍微轻轻按压，使玻璃杯完全浸没在水中。

3.观察玻璃杯内的现象。

第三步：失重实验1.将塑料袋拿掉，保持玻璃杯干燥。

2.将玻璃杯倒置放在桌面上，并在杯子下面放置一些纸带。

3.快速将手掌覆盖在玻璃杯上，并快速翻转杯子，将纸带从杯子下面移走。

4.玻璃杯应该会保持倒立的状态，并悬浮在你的手掌上。

实验原理超重现象的解释当把玻璃杯完全覆盖在水中时，玻璃杯底部受到的上推力大于顶部受到的下拉力。

这是因为水的分子在同一压力下上下运动，底部受到的分子撞击次数更多，因此受到的压力也更大。

根据牛顿第三定律，玻璃杯也会向上受到一个相等的力，导致玻璃杯的重量增加，即超重现象。

失重现象的解释当将玻璃杯倒置放在桌面上，迅速用手掌覆盖住杯子并迅速翻转杯子时，可以观察到玻璃杯在空中失重的现象。

这是由于惯性原理的作用：在迅速改变杯子的运动状态时，杯子内部的水分子也会带动玻璃杯一起运动，产生一个向上的浮力。

这个浮力抵消了玻璃杯的重力，使得玻璃杯看起来失去重量，即失重现象。

实验结果经过实验操作，我们可以观察到以下现象：•在超重实验中，玻璃杯会被温水中的压强所推动而产生额外的重量，造成超重现象。

•在失重实验中，玻璃杯倒置后使用手掌迅速覆盖并翻转时，玻璃杯会悬浮在手掌上，失去重量，造成失重现象。

超重和失重的创新实验教学探究
近年来，科技发展的加快和节奏的加强，让学报面临重压、超重和失重的教学
现象变得更加严重。

为此，高等教育领域一直在努力研究创新实验教学模式，以便有效地解决这些问题。

高校采取了一系列的创新实验教学，以健全课堂教学体系研究，加快课堂教学改革，积极推进学习式教学，保障实习教学质量。

为解决课堂超重和失重学习现象，高等教育提出以下创新实验教学模式：首先，注重关注学生实验研究能力的培养，在多领域组成“智慧联盟”，形成分析型、综合型、研究型、与工程实践型课堂教学模式，发挥科学研究开发的功能，拓宽实践研究领域，活跃学习气氛。

其次，培养学生的自主学习能力。

强化实验研究课堂的体系性，注重研究视角，并建立有效的考核制度，激发学生的学习兴趣，保障学习效果和质量。

进一步完善实验教学建设的力度也在加大，以鼓励高校不断提高对知识的探索，增强教育质量，更好地发挥创新精神，通过信息技术、虚拟技术等新技术，提高科学研究开发水平。

通过以上措施，有效地改善了课堂超重和失重学习现象，并促进了高校新兴教学体系的优化和提升，有力推动了高等教育的发展。

一、实验目的1. 了解失重超重现象的基本原理；2. 通过实验验证失重超重现象；3. 掌握测量失重超重的方法和技巧；4. 分析失重超重现象在生活中的应用。

二、实验原理失重超重现象是指在非惯性参照系中，物体所受的合力与其质量之比与物体在惯性参照系中所受的合力与其质量之比不相等的现象。

当物体处于失重状态时，物体所受的合力与其质量之比小于1；当物体处于超重状态时，物体所受的合力与其质量之比大于1。

三、实验器材1. 弹簧测力计；2. 天平；3. 秒表；4. 水平面；5. 重物。

四、实验步骤1. 将弹簧测力计挂在水平面上，调整至平衡；2. 将重物挂在弹簧测力计上，记录弹簧测力计的示数；3. 将重物从水平面移至斜面，记录弹簧测力计的示数；4. 将重物从斜面移至竖直面，记录弹簧测力计的示数；5. 将重物从竖直面移至水平面，记录弹簧测力计的示数；6. 重复以上步骤，记录不同角度下的弹簧测力计示数；7. 利用天平测量重物的质量；8. 计算失重超重现象的实验数据。

五、实验数据1. 水平面上弹簧测力计示数：F1；2. 斜面上弹簧测力计示数：F2；3. 竖直面上弹簧测力计示数：F3；4. 水平面上重物的质量：m。

六、数据处理1. 计算失重超重现象的合力与质量之比：- 水平面上：F1/m；- 斜面上：F2/m；- 竖直面上：F3/m；2. 比较不同角度下的合力与质量之比，分析失重超重现象。

七、实验结果与分析1. 实验结果显示，随着物体角度的增大，失重超重现象越明显；2. 在水平面上，合力与质量之比接近1，说明物体处于接近失重状态；3. 在斜面上，合力与质量之比小于1，说明物体处于失重状态；4. 在竖直面上，合力与质量之比大于1，说明物体处于超重状态；5. 实验结果与理论分析相符，验证了失重超重现象的存在。

八、实验结论1. 失重超重现象是客观存在的；2. 实验方法可靠，结果准确；3. 失重超重现象在生活中的应用广泛，如电梯、飞机等。