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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。
3.3牛顿第二定律应用之超重失重、图像及实验计的读数是多少？（1）升降机匀速上升（2）升降机以4 m/s2的加速度上升（3）升降机以5 m/s2的加速度下降（4）升降机以重力加速度g加速下降（5）以加速度a=12 m/s2加速下降【例2】如图所示，升降机内质量为m的小球用轻弹簧系住，悬在升降机内，当升降机以a= g/3加速度减速上升时，弹簧秤的系数为（）A、2mg/3B、mg/3C、4mg/3D、mg拓展1：若以a=g加速下降时，则弹簧秤示数为多少？拓展2：若以a=g/3加速上升时，则弹簧秤示数为多少？练习1、下列四个实验中，能在绕地球飞行的太空实验舱中完成的是（）A．用天平测量物体的质量B．用弹簧秤测物体的重力C．用温度计测舱内的温度D．用水银气压计测舱内气体的压强练习2、质量为200 kg的物体，置于升降机内的台秤上，从静止开始上升。
运动过程中台秤的示数F与时间t的关系如图所示，求升降机在7s钟内上升的高度（取g＝10 m/s2）2、图像与瞬间值【例3】如图所示，一质量为m 的物体系于长度分别为L 1、L 2的两根细线上，L 1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ，L 2水平拉直，物体处于平衡状态。
现将L 2线剪断，求剪断瞬时物体的加速度。
【例4】(2004全国理综·21)放在水平面上的一物块,受到方向不变的水平推力F 的作用,F 的大小与时间t 的关系和物块速度v 与时间t 的关系如图2－2所示。
取重力加速度g ＝10m/s 2。
由此两图线可以求得物块的质量m 和物块与地面之间的动摩擦因数μ分别为A ）m=0.5kg ，μ=0.4B ）m=1.5kg ，μ=2/15C ）m=0.5kg ，μ=0.2D ）m=1 kg ，μ=0．23、实验：用“控制变量法”验证牛顿第二定律 一、实验原理：控制小车质量M 不变，改变拉力F ，探究a 与F 的关系。
控制拉力F 不变，改变小车质量M ，探究a 与M 关系⑴实验之前要平衡摩擦：把木板一端垫高一些，使不挂托盘的小车恰好匀速滑行。
实验1：利用滑轮和弹簧秤演示超重失重现象实验装置：（如图所示）架子上有两个滑轮，两边挂有重物。
取左边的重物加以研究。
演示方法：1．重物静止时，弹簧秤的示数大小等于物体所受的重力，物体对弹簧秤的拉力等于物体所受的重力。
2．放手后物体做向上的加速运动，观察到弹簧秤示数的变大，表现出超重现象。
3．改变配重．放手后物体做向下的加速运动，观察到弹簧秤示数的变小，表现出失重现象。
实验时也可在弹簧秤表面贴上薄纸片观察指针划破纸片的痕迹使实验现象更持久。
实验2：利用杠杆和电机演示超重失重现象方法一：实验装置（如图1所示）：1．用约3厘米宽的簿铁带将玩具电动机缠绕安装在杠杆一端的下部，并使其固定。
2．用细绳将玩具电动机的两根导线拴在支杆上，以防导线影响杠杆的倾斜情况，并将导线与电池和电键连接好。
3．再选一条细绳，将其一端拴在玩具电动机的转轴上，另一端挂上钩码。
演示方法：1．移动杠杆上钩码的位置，将杠杆调至水平，并使整个装置处于静止状态。
2．合上电键，立刻可以看到钩码向上作加速运动，杠杆失去平衡，靠玩具电动机这端明显向下倾斜，表现出超重现象。
3．当钩码快要运动到最高点时，断开电键，一会儿，钩码自由落下，这时可看到钩码向下作加速运动，杠杆失去平衡，靠玩具电动机这端开始上升，表现出失重现象。
方法二：实验装置（如图2所示）：1．选一个支杆较高的方座支架，并将杠杆安装在支杆的较高部位。
2．找一个线轴（缝纫机上用的金属小线轴最好），用粗细合适的铁丝穿过线轴轴心，弯成图中的形状，挂在杠杆的一端。
3．把若干条橡皮筋串接起来，一头拴在线轴上，另一端挂上钩码。
4．将橡皮筋绕在线轴上，再用一根细线把钩码悬挂起来。
演示方法：1．移动杠杆上钩码的位置，将杠杆调至水平，并使整个装置处于静止状态。
2．用火烧断悬挂线，让钩码自由落下，立刻以看到钩码向下作加速运动，杠杆失去平衡，靠线轴这端明显向上倾斜，表现出失重现象。
3．当钩码下降到一定高度时，橡皮筋对钩码向上的拉力大于钩码的重量，钩码这时向下作减速运动，可以看到线轴这端开始向下降落，表现出超重现象。
“超重和失重”的几个演示实验
在讲到“超重和失重”时，全日制普通高级中学教科书以人在升降机中的情况为例，普通高中课程标准实验教科书把升降机换成升降电梯，都是通过分析人对升降机(电梯)的板的压力，帮助学生理解超重和失重现象。
为了增加学生感性认识，前者安排了“做一做”观察失重现象，后者在例题旁安排了一幅插图，说明人站在体重计上下蹲或起立时也能看到超重和失重现象。
笔者在教学中发现，直接以此类方式分析理解失重和超重现象，学生兴趣不高，不能激发学生的强烈的求知欲。
因为事例虽取材于生活，但是很多学生对此缺乏感性认识，有的学生没有接触过，测量过体重的同学大多数也没留心注意过。
因此，笔者通过自制简易“超重和失重”趣味演示仪，在引入超重和失重概念时，采用自制趣味实验开头，使学生一下处于“受激”状态，点燃学生对知识的好奇之心，将教学从“要我学”变为“我要学”。
为了使教具演示的形象独特美妙，笔者介绍自行设计的几个简易趣味教具供老师们参考。
方案1
找一根钢锯条(或折一根富有弹性的竹条，鲜桑条、柳条均可)在其一端系挂一重物(如砝码、摆球、螺母等)。
演示时，如图1所示手握锯条另一端，向上或者向下加速平动锯条，则见锯条与静止时弯曲度的对比变化明显，“超重和失重”现象显见。
方案2
如图2所示，找一个金属罐，在其底部固定一个钩(或打一个孔)，将两根橡皮筋的一端固定在这个钩上(或穿过孔打一个结)，橡皮筋的另一端各挂一个较重的物体，如摆球、大铁螺母等，将其搁在金属罐口的外边缘上，使之可以被橡皮筋拉入罐内，金属罐口上系绳子，可使金属罐加速上升或自由下落。
演示时，使金属罐自由下落，由于重物失重，它将在橡皮筋拉力的作用下，被拉入金属罐中，并可听到重物撞击金属罐的响声。
若将两重物拉下一些，参阅图2，使橡皮筋在金属罐外的长度增加一些，再使金属罐加速上升(或通过定滑轮拖动)，由于重物超重，橡皮筋将被拉长，重物相对于金属罐要下降一些，超重显见。
方案3
如图3所示，在一个微小压强计的金属盒的橡皮膜上放一个橡皮塞，这时因橡皮膜受压，U形压强计液柱高度发生变化，打开压强计三通阀(或橡皮管夹子)，使压强计液面相平，然后关闭阀门。
演示时，手托金属盒使其加速上升或加速下降，可以看到压强计两液柱的高度差发生明显差异，不同的液柱差，可说明橡皮塞的“超重和失重”现象。
方案4
选一个尽量深一点量筒，倒人满刻度的水，在量筒外扎紧一根铁丝，以作为支架。
支架上用细线挂一个重物(如小摆球、螺母等)，重物正好完全没入量筒水中，将这一量筒放在天平左盘上，调节天平平衡如图4。
演示时，烧断悬线，这时重物便以较小的加速度竖直下落，可观察到由于重物加速下落，放重物一侧向上翘起，“失重”现象显见。
笔者体会：
1、超、失重实验演示需解决的主要问题是：当物体处于超重或失重状态时，测力装置受力情况的变化怎样才能清楚地表现出来，正因为如此，上述方案之不同点，主要着眼于实验设计或改进显示装置。
2、实验时为使实验现象明显，向上和向下加速度不宜过大，否则过程时间太短，同时应注意指导学生明确观察哪一阶段的现象。
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3、上述实验可作为形成概念用的演示实验，也可以在知识巩固阶段运用，也可以作为节后“做一做”小实验，激发学生钻研物理的兴趣。
4、自制教具准备实验，看似要花相当多的精力，而且老师很辛苦，但长期坚持，却能“事半功倍”，多年实践说明，这样做能讲活教材，培养学生动手能力和观察能力，激发学生强烈的求知欲，真正把教学变“传授”为“探究”，变“学会”为“会学”。
