超重与失重的实验探究
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。
【高中物理DIS通用实验】实验16：超重与失重
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
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。
超重和失重
物体的加速度 为g
列举生活中有关完全失重现象 的实例？
蹦极
瓶中的水会流出吗?
探索宇宙中的超重和失重现象
所有和重力有关的仪器都无法使用！
0
弹簧测力计无法测量物 体的重力，
无法用天平测量物体 的质量
地球上的水滴
国际空间站俄 罗斯温室内
利用完全失重条件的科学研究：
1制造理想的滚珠 2还可以制成超长度的玻璃纤维等等。 3可以制造泡沫金属，用来制造机翼，又 轻又结实；
, T
T
G
超重和失重
物体对支持物的压力(或对悬挂 。 物的拉力) 大于物体实际所受 重力的情况称为超重现象。
测量装置显示的读数>物体实际的重量
物体对支持物的压力(或对悬 挂物的拉力) 小于物体实际所 受重力的情况称为超重现象。
测量装置显示的读数<物体实际的重量
注意：
物体处于“超重”和 “失重 ”时，物体所受的重力并 没有变化
C．单扛
D．徒手跑步机
仅1根手指即可 “举起”同伴
北京市一名中学生曾设计出一个方案： 即研究在完全失重的条件下，人的思维反 应速度是不变、变快还是变慢。受到了发 达国家宇航局的关注。 如果在座的各位同学在这方面有什么奇 思妙想，不妨寄与我国宇航部门，希望将 来在我国神10飞船上进行的实验里，有你 们设计的方案。
本节内容总结
1、超重和失重是一种物理现象。
规 律
α 向上 α 向下 α=g
视重 > 重力 视重 < 重力
超重状态 失重状态
示重 =0
完全失重
2、物体是超重还是失重是由α的方向来 判定的，与v方向无关。 3、不论物体处于超重还是失重状态， 重力不变。
生活情景再现：
超重与失重的实验 教具报告
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。
超重失重实验教案
超重失重实验教案标题：超重失重实验教案教案目标：1. 了解超重和失重的概念及其在物理学中的应用。
2. 探究超重和失重的原理和影响因素。
3. 进行超重失重实验，观察和记录实验现象，并分析实验结果。
4. 培养学生的实验设计和数据分析能力。
适用对象：中学物理教学，适用于初中或高中学生。
教学准备：1. 实验器材：弹簧秤、绳子、吊钩、不同质量的物体、计时器。
2. 实验环境：一个相对安静的实验室或教室，以确保实验结果的准确性。
3. 学生准备：学生需要了解重力、质量和重量等概念。
教学过程：引入：1. 引导学生回顾和讨论重力、质量和重量的概念。
解释超重和失重的概念，并提出与实验相关的问题，如：在不同的环境中，物体的重量是否会发生变化？实验步骤：2. 将弹簧秤固定在一个固定的支架上，并将其标定为“重力”。
3. 将一个质量较大的物体（如一个砖块）挂在弹簧秤上，记录下物体的质量和重量。
4. 将弹簧秤和物体一起放入一个密闭的容器中（如一个塑料袋），并将容器密封。
5. 记录下物体在袋子中的质量和重量。
6. 按照相同的步骤，使用不同质量的物体进行实验，并记录下实验数据。
数据分析：7. 让学生观察和比较实验数据。
讨论在袋子中物体的质量和重量是否发生了变化。
引导学生思考这种变化的原因是什么。
8. 解释实验结果：在袋子中，物体的质量没有发生变化，但重量减小了。
这是因为在袋子中，物体受到的支持力减小，从而减小了物体所受的重力。
实验设计和讨论：9. 分组让学生设计自己的超重失重实验，并记录下实验步骤和预期结果。
10. 学生进行实验，并记录实验数据。
11. 学生在小组内分享实验结果，并进行讨论和分析。
鼓励学生提出对实验的改进意见，并解释实验结果背后的物理原理。
总结：12. 回顾实验过程和结果。
强调超重和失重的概念和应用，并提醒学生在日常生活中可能遇到的相关现象。
13. 鼓励学生思考和提出其他与超重和失重相关的问题，并引导他们继续探索和学习。
超重和失重
无法用天平测量物体的质量
超重和失重
某人在地面上最多只能举起60kg的物体，那么 他在一以2.5m/s2的加速度匀加速下 降的电梯里最多能举起多重的物体？ （g取10m/s2）
超重和失重
课堂练习：
某人在地面上最多只能举起60kg的物体，那么
解：人的重力G=mg=400N, 当升降机匀加速上升时，根据牛顿
分析：测力计的示第数二大定律小可等知于N-m人g=对ma测力计
的压力大小。
N
→N=mg+ma=500N， 根据牛顿第三定律可知，测力计对
v
人的支持力与人对测力计的压力大
小相等，
a
∴测力计的示数为500N。
G
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)
解：人的重力G=mg=400N, 当升降机匀减速上升时，根据牛
顿第二定律可知mg-N=ma →N=mg-ma=300N，
根据牛顿第三定律可知，测力计
v
对人的支持力与人对测力计的压
a
N
力大小相等， ∴测力计的示数为300N。
G
超重和失重
对超重和失重的进一步认识
例4、前例中，如果升降机以2.5m/s2的加速度减速 上升，测力计的示数又是多少？ （g取10 m/s2)
他在一以2.5m/s2的加速度匀加速下
降的电梯里最多能举起多重的物体？ （g取10m/s2）
解：因为人的最大举力恒定，本题中，
N v
此人的最大举力为600N，即他在电梯
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超重和失重的实验探究
物理学是一门以实验为主的自然科学。
实验是培养学生科学素质的重要途径。
下面以“超重和失重现象”的教学为例，阐述在课堂教学中以问题为探究出发点，以实验为探究突破口，有效地组织学生进行探究学习的一点尝试。
1探究问题一:向上运动超重吗?
学生在初次认识超重和失重概念时，通常会得出向上运动——超重；向下运动——失重的错误观点。
针对这个值得探究的问题，设计在超重失重情况下，探究运动方向与超重失重有无必然关系的实验。
让学生在探究实验中认识超重失重的概念，自己发现规律。
实验器材选择:选择1m长的木条或米尺一把；5g的钩码一个；50cm长的单股橡皮筋(要求50g钩码能让它伸长30cm左右为宜)一根；图钉一颗。
实验器材组装:如图1所示，把单股橡皮筋的一端，用图钉固定在1m长的木条上，另一端系上50g的钩码。
放手后，以竖直悬挂伸长至80cm长为宜，过长或过短应适当调节橡皮筋的长度。
实验探究方法:首先用手握住木条使其处于竖直位置，并保持静止，同时记下钩码的位置，此时钩码对悬绳的拉力F等于钩码的重力G(F=G)；然后用手握住木条使其住竖直方向运动，若实验中出现悬绳的长度变短，则说明钩码对悬绳的拉力F小于钩码的重力G(F，即出现失重现象；若变长则F>G，即出现超重现象。
学生可利用这样的简单关系，探究在怎样的运动状态下出现超重和失重现象，从而正确认识和理解规律。
2探究问题二:失重超重时压力真的变了吗?
显示压力的变化是说明超重失重现象最直接的实验，本实验使用简易的装置产生对比度较为强烈的实验结果，帮助学生建立超重失重的概念。
实验器材选择:准备一根长约1m，直径约为4cm的空心塑料管:高弹性橡皮膜一块；一段长约40cm的细线；一烧杯水。
实验器材组装:如图2所示，用橡皮膜包住塑料管的一端，再用细线将橡皮膜固定(注意密封性要好)。
将烧杯内的水从空心塑料管另一端倒入，直至灌满。
实验探究方法:首先用手握住塑料管使其竖直，使包有橡皮膜的一端向下并距地面约1m 处，保持静止，观察橡皮膜形状，此时塑料管中的水由于重力作用给橡皮膜一个压力使橡皮膜成半球状；然后静止释放塑料管，在塑料管即将落地前接住它，观察塑料管在自由下落过程中橡皮膜的变化，发现橡皮膜由半球状变小至塑料管未灌水之前的形状，说明在整个装置自由下落时塑料管中的水不再给橡皮膜压力，水的重力好像没有了，即出现了失重现象。
如果用手握住塑料管使其竖直，使包有橡皮膜的一端向下并距地面约20cm处，保持静止，再用力将塑料管向上加速提升约1m，观察塑料管在上升过程中橡皮膜的变化，发现在加速上升时橡皮膜由原状变成更大的圆球状，说明在整个装置加速上升时塑料管中的水给了橡皮膜更大的压力，水的重力好像变大了，即出现了超重现象。
3探究问题三:完全失重时还会有浮力吗?
学生在了解超重和失重现象后，对于浮力——浸没在液体中的物体上下表面的压力差，会产生新的思考，特别是在完全失重情况下，压力应为零，该情况下浮力还存在吗?针对学生的疑问，设计该探究实验，让学生在实验探究中加深对规律的理解，学会应用规律的分析和解决问题。
实验器材选择:准备透明较大的塑料瓶(如大可乐瓶)一个；能在水面上浮起的泡沫塑料块和带孔的金属块(如金属螺帽)各一块，大小以能从瓶口放入为宜；10cm的单股橡皮筋(选择50g钩码能让它伸长30cm左右为宜)一根；适量清水。
实验器材组装:如图3所示，将泡沫塑料块和金属块用橡皮筋连接起来，使橡皮筋的长度控制在瓶高2/3左右，并放入瓶内，然后在瓶中加入清水，以将泡沫塑料块浸没为宜。
为使实验达到最佳效果，尽可能调节泡沫塑料块和金属块的总重量，使它们在水中接近悬浮状态，但铁块必须沉入水底。
实验探究方法:用手握住塑料瓶让其在竖直方向运动，观察在不同的运动情况下，泡沫塑料块和金属块的相对位置变化。
如果让瓶做自由落体运动，实验中会发现，金属块将离开底部向水面运动，泡沫塑料块将离开水面向瓶底运动，两者相对位置发生明显变化，引导学生分析实验现象，总结物理规律。
帮助学生理解完全失重情况下，浮力大小为零的这一特殊现象。