【高中物理DIS通用实验】实验16：超重与失重
超重与失重现象实验教具
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。
“超重和失重”现象的实验
“超重和失重”现象的实验“超重和失重”现象的实验湖北省宜都市第一中学周运琼【教学内容】高一《物理》第一册第三章第七节“超重和失重”。
学生通过“力”“直线运动”和“牛顿运动定律”的学习，具有了一定的知识基础，为本节内容的实验和研究性学习打下了知识基础，创造了一些可利用的条件。
【教学流程】【研究提示】1．预习教材“超重和失重”内容，弄清下面几个问题：①什么是超重和失重?②超重和失重是不是指物体增加和减少了重力?③产生超重和失重的条件是什么?2．课外探究完成下列任务①观察、体验、调查、收集生活中出现的超重和失重现象。
②自行设计一个演示超重和失重现象的实验，完成实验报告。
【教学准备】学生完成自主探究任务，教师检查他们的研究成果。
【教学过程】一、导入新课师：同学们在课前按老师要求对超重和失重现象进行了一些探索研究，这节课我们将各自的研究成果进行展示和交流，让我们对超重和失重现象的认识和理解更丰富一些。
二、进行新课1．体验交流，分析特点师：有没有同学亲身体验过超重和失重状态?先请这些同学介绍他们的体验经历。
生1：（介绍他暑期旅游时，在香港海洋公园玩“极速之旅”游戏的经历，并讲解“极速之旅”过程为自由落体运动，此运动过程中感到了失重。
）生2：（受生1的启发，介绍了他乘升降机上、下楼，在升降机开始启动和停止前一小段时间的感受，并说明了原因。
）生3：（通过向家长调查，他介绍了农民挑重担时，为了减轻对肩部的压力，让担子上下振动，并说明这样做的道理，即利用了失重。
）师：前三位同学结合体验和调查，给我们分析了几例超重和失重的现象，让我们进一步明确了这两种现象的特点，下面我们一起概括一下：超重──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，叫超重失重──物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受的重力的情况，叫失重师：从定义上看，我们能不能说超重和失重就是某一物体增加了重力和减少了重力?为什么?生：不能，因为重力大小由物体质量和重力加速度的乘积决定，与物体做什么运动无关。
高中物理力学——超重和失重
高中物理力学——超重和失重超重和失重是高中物理学习过程中应用规律分析现象的典型实例，是对牛顿运动定律的运用，也是高考重要知识点和学生易混淆的知识点之一。
想要厘清超重和失重的本质现象，首先要清楚几个概念。
概念视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的读数称为视重。
视重的大小等于秤所受的拉力或压力。
超重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象。
超重产生的条件是物体要具有向上的加速度。
失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象。
失重产生的条件是物体要具有向下的加速度。
完全失重：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象。
它产生的条件是物体的加速度等于重力加速度，且方向向下。
对视重、超重和失重的理解1、不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是视重的改变。
千万不要错误地认为超重就是超过重力，失重就是失去重力。
2、物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体具有向上的加速度还是向下的加速度。
这也是判断物体超重或失重的根本所在。
而有些学生容易把超重、失重现象的运动学特征与物体的运动方向相联系，认为超重一定是物体向上运动、失重一定是物体向下运动。
然而真实情况是，物体处于超重状态时，不一定向上加速运动，也可能向下减速运动；物体处于失重状态时，不一定向下加速运动，也可能向上减速运动。
几个常见模型一：电梯电梯在运行过程中，电梯中的人所处的状态就包含了超重、失重状态。
现在我们分析下电梯的运行过程。
（1）电梯上升过程①加速阶段，电梯加速度向上，人处于超重状态，人对电梯的压力大于重力；②平稳运行阶段，电梯匀速上升，此时加速度为零，人既不超重也不失重，人对电梯的压力等于重力；③减速阶段，电梯做减速上升运动，直至电梯停止上升，速度减为零，此阶段加速度向下，人处于失重状态，人对电梯的压力小于重力。
（2）电梯下降过程①加速阶段，电梯加速度向下，人处于失重状态，人对电梯的压力小于重力；②平稳运行阶段，电梯匀速下降，此时加速度为零，人既不超重也不失重，人对电梯的压力等于重力；③减速阶段，电梯做减速下降运动，直至电梯停止下降，速度减为零，此阶段加速度向上，人处于超重状态，人对电梯的压力大于重力。
超重和失重举例
超重和失重举例弹簧秤和台秤的示数称为“视重”，等于其所受拉力和压力，视重实际上反映的是“弹力”，只有平衡状态时，这个“弹力”即视重与物体的重力才有相等的关系。
当物体处于非平衡状态时，视重与物体所受到的重力不再相等。
1 当物体的加速度a向上时，视重大于重力，称为“超重”，2 当物体的加速度a向下时，视重小于重力，称为“失重”。
当物体的加速度为重力加速度时，视重等于零，称为“完全失重”。
【例1】竖直升降的电梯内的天花板上悬挂着一根弹簧秤，如图24－1所示，弹簧秤的秤钩上悬挂一个质量m＝4kg的物体，试分析下列情况下电梯的运动情况(g取10m/s2)：(1)当弹簧秤的示数T1＝40N，且保持不变．(2)当弹簧秤的示数T2＝32N，且保持不变．(3)当弹簧秤的示数T3＝44N，且保持不变．【例2】如图24－2所示，是电梯上升的v～t 图线，若电梯的质量为100kg，则承受电梯的钢绳受到的拉力在0～2s之间、2～6s之间、6～9s之间分别为多大？(g取10m/s2)解析：从图中可以看出电梯的运动情况为先加速、后匀速、再减速，根据v－t图线可以确定电梯的加速度，由牛顿运动定律可列式求解对电梯的受力情况分析如图24－2所示：(1) 0～2s内 F1＝m(g＋a1)＝1300 N(2)在2～6s内， F2＝mg＝1000N(3)在6～9s内， F3＝m(g＋a2)＝800N．【例3】如图24－3所示，在一升降机中，物体A置于斜面上，当升降机处于静止状态时，物体A恰好静止不动，若升降机以加速度g竖直向下做匀加速运动时，以下关于物体受力的说法中正确的是[ ]A．物体仍然相对斜面静止，物体所受的各个力均不变B．因物体处于失重状态，所以物体不受任何力作用C．因物体处于失重状态，所以物体所受重力变为零，其它力不变D．物体处于失重状态，物体除了受到的重力不变以外，不受其它力的作用答案：D【例4】如图24－4所示，滑轮的质量不计，已知三个物体的质量关系是：m1＝m2＋m3，这时弹簧秤的读数为T．若把物体m2从右边移到左边的物体m1上，弹簧秤的读数T将[ ]A．增大B．减小C．不变D．无法判断答案：B跟踪反馈1．金属小筒的下部有一个小孔A，当筒内盛水时，水会从小孔中流出，如果让装满水的小筒从高处自由下落，不计空气阻力，则在小筒自由下落的过程中[ ]A．水继续以相同的速度从小孔中喷出B．水不再从小孔中喷出C．水将以较小的速度从小孔中喷出D．水将以更大的速度从小孔中喷出2．一根竖直悬挂的绳子所能承受的最大拉力为T，有一个体重为G的运动员要沿这根绳子从高处竖直滑下．若G＞T，要使下滑时绳子不断，则运动员应该[ ]A．以较大的加速度加速下滑B．以较大的速度匀速下滑C．以较小的速度匀速下滑D．以较小的加速度减速下滑3．在以4m/s2的加速度匀加速上升的电梯内，分别用天平和弹簧秤称量一个质量10kg的物体(g取10m/s2)，则[ ]A．天平的示数为10kgB．天平的示数为14kgC．弹簧秤的示数为100ND．弹簧秤的示数为140N4．如图24－5所示，质量为M 的框架放在水平地面上，一根轻质弹簧的上端固定在框架上，下端拴着一个质量为m 的小球，在小球上下振动时，框架始终没有跳起地面．当框架对地面压力为零的瞬间，小球加速度的大小为[ ]A gB C 0 D ．．．．()()M m g m M m g m-+5、一个人站在医用体重计的测盘上测体重，当此人突然下蹲时，磅秤的读数怎样变化？参考答案：1．B 2．A 3．AD 4．D。
超重失重探究实验报告
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。
超重和失重
轻轻上下晃动弹簧秤，再观察弹簧秤 的读数有何变化？
超重和失重
一.实重与视重 1.实重:物体的实际重量 G=mg 2.视重:测量仪器的读数（压力或拉力）
超重和失重
一、超重现象：
例1、在升降机（电梯）中测人的体重，已知人质 量为40kg，当升降机以2.5m/s2的加速度匀加速上 升，测力计的示数是多少？（g取10 m/s2)
超重和失重
超重、失重与物体所受重力的区别：
物体处于超重（失重）状态时，地球作 用于物体的重力始终存在，且大小不变，只 不过物体对水平支持物的压力（悬挂物的拉 力）大于（小于）物体的重力。
超重和失重
现实生活中的超（失）重现象：
蹦
极
太空行走
超重和失重
想想看，为什么？
取一只塑料瓶，在下端靠近底边处钻一个 小孔，用手堵住瓶口，然后往瓶里加满水。 这是因为液体受到重力而使内部存在 压力，造成小孔处的水流出。 ▲ 让瓶子从某一高处自由下落，会发现什 么结果？这是为什么？ 当瓶子自由下落时，瓶中的水处于完全失 重状态，小孔以上部分的水对以下部分的水的 没有压力，小孔没有水流出。
超重和失重
如图所示,A为电磁铁，C为胶木秤盘，C 上放一质量为M的铁片B，A和C（包括支 架）的总质量为m，整个装置用轻绳悬挂 于O点，当电磁铁通电，铁片被吸引上升 的过程中，轻绳上拉力F的大小为： （ ） A．F＝mg B．mg＜F＜（m+M）g C．F＝（m+M）g D．F＞（m+M）g
超重和失重
超重和失重
超重和失重
超重和失重
作为中国首位进入 太空的宇航员杨利伟， 不仅要有丰富的知识， 还要有过硬的身体，能 够承受超重和失重的影 响，那么什么是超重和 失重呢？
超重和失重现象
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。
演示超重与失重的简易实验
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1
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按氯化亚 锡
29
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29
,
硫 酸铜
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毫升左右 蒸馏水 煮 沸 然 后 过
硼 氢化钠 馏水
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蒸
匀 速 上 升 或下 落 装 置 时 钩 码 和磁 铁 并 不 吸合
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当加 速 上 升 装 置 时
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往 滤液 里 加
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之 加 速下 落时
将
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采 用 上 述 方 法 基 本 上 可 同 时保 持 花朵 的鲜 艳 色 彩 和
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取 出 浸入 盛有 保 存液 的标本 瓶 中 并 使 保 存 液 完 全 浸 没花 朵 置
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利用 图
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一 8 毫 升( 学校 医 务 室 一 般
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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。