用电流表演示超重与失重现象的设计性实验

江苏师范大学教师教育学院（221116）杨泽敏 孙晓林 拾景忠

超重与失重是在学生学习了牛顿运动定律的基础上展开的。但此时学生以形象思维为主，抽象思维能力较为薄弱，如果只通过理论分析超重与失重，有一定的难度，因此，演示实验在教学中显得尤为重要。现在教学中能用于课堂的超重与失重演示仪非常少，通常只是利用悬挂砝码的弹簧测力计做加速运动来进行演示，但是这一实验需要从运动的弹簧测力计上观察超重与失重现象，不大方便。在一些有条件的学校会采用放在电梯里的体重计来演示实验，但是操作不方便，并且效果不够明显。为此，笔者充分利用一些常见的实验器材自行设计超重与失重演示仪，方便简单地解决了这一物理实验问题。

1实验器材及装置制作

1.1实验器材

14008型平板测力计（量程0~5 N），电流表（量程0~0.6 A，最小刻度为0.02 A），电源（两节干电池），滑动变阻器R，开关，50 g的砝码，铅笔芯，导线，金属丝等。

实验装置如图1所示。

1.2装置制作

（1）制作简单的滑动变阻器。首先剪切长度小于铅笔芯1 cm的吸管，在其侧面剪出一道口子，两端用塑料泡沫塞住并用胶带固定好；然后用金属丝圈在铅笔芯上，作为滑片；最后将带金属丝的铅笔芯插入吸管中间，用胶带粘好，如图2所示。

与弹簧测力计

（2）将滑动变阻器粘在弹簧测力计上，用导线将滑动变阻器的滑片和弹簧测力计的指针固定在一起，如图3所示。在固定滑动变阻器时可以通过用塑料泡沫来调整其高度，保证铅笔芯与指针平行，以确保滑片的自由滑动。

（3）按照图4所示电路图，连接好电路。

2实验原理

该教具是在用弹簧测力计演示超重与失重的基础上，将弹簧测力计的指针与用铅笔芯制作的滑动变阻器的滑片连接，按图5所示原理图连接而成。当弹簧测力计的指针上下滑动时会改变接入电路中电阻的大小，从而可以从电流表中观察悬挂重物的重量，并因此也可以用来演示超重与失重现象。当物体超重时，滑片向下滑动，接入电路中的电阻减小，电流表示数变大；反之，若电流表示数减小，则说明滑片向上滑动，即物体处于失重状态。因此从静止的电流表中观察电流的变化来说明超重与失重现象，很好地解决了从运动的弹簧测力计中不易观察的问题。

3实验内容及操作步骤

（1）将弹簧测力计提起，悬挂砝码（50 g），保持平衡。然后闭合开关，调节滑动变阻器R，使电流表示数为0.10 A，此时电流表的示数可以用来表示砝码静止时的视重，即砝码的实重。

（2）将悬挂砝码的弹簧测力计迅速提起，让其加速上升，观察电流表指针位置的变化。此时电流示数约为0.16 A，电流表示数变大，说明此时弹簧测力计表示砝码的视重大于实重，即砝码处于超重状态。

（3）让悬挂砝码的弹簧测力计加速下降，观察电流表示数的变化。此时电流表示数约为0.04 A，电流表示数减小，说明此时弹簧测力计表示砝码的视重小于实重，即砝码处于失重状态。

4结束语

本实验具有取材方便、制作简单、操作容易、效果明显等特点，并且还具有以下两个重要作用。

（1）实验将力学信号转化为电学信号，激发学生的创新设计思维能力。

（2）实验化动为静，将从运动的弹簧测力计观察现象转化为从静止的电流表中观察现象，使实验由难变易，提高了实验教学效果。

此外，由于本实验取材方便，制作简单，实验现象明显，不仅可用于教师演示实验，也可以用于学生分组实验。在用于教师演示实验时，为了便于学生观察，可以将电流表更换为示教电流表，干电池换为学生电源，调节电源电压的大小使电路中的电流不超过示教电流表的量程即可。

收稿日期：2014-11-05