完全失重的实验设计

刘玲莉

实验器材:矿泉水瓶一个,铁架台,定滑轮一个,细线,木板,白色毛巾若干条,水(红色,半桶左右),图钉若干.
一、矿泉水瓶竖直下落运动
1.按图l(a)所示那样,将铁架台固定在较高桌子上,安装好定滑轮,用图钉将白色毛巾平铺固定在木板上.
2.把矿泉水瓶的上部挖一个小孔(是为了防止瓶落地时水到处飞溅,又保证水上方是外面的大气压),下部挖几个小孔.将瓶口处用细线拴住,细线长度要适中,使矿泉水瓶可以下落到较低桌子的底部.
3.将空矿泉水瓶用细线穿过定滑轮悬挂在空中,把钉有毛巾的木板竖直侧立在低桌子上,有毛巾的一侧面对矿泉水瓶有孔的一侧,调整矿泉水瓶的高度,使其高于木板.
4.保持矿泉水瓶的高度不变,向瓶内注水,可观察到红色的水从瓶内喷出.减小手对A端的拉力,使瓶子缓慢下降,可观察到下落过程中水一直从孔中喷出,并且在毛巾上留下紅色痕迹.
5.换上新毛巾,改变对A端的拉力,使矿泉水瓶在不同的拉力作用下下落,均可在毛巾上看到红色的水迹,说明瓶在不同的拉力作用下下落均有水从孔中喷出.
6.当A端拉力为零时,使瓶下落后,可观察到毛巾没有像以上步骤那样的红色水迹,由此可得出当瓶自由下落时,孔中没有水喷出.
二、矿泉水瓶竖直上抛运动
1.按图l(b)装置安装好器材,使矿泉水瓶低于木板,在低桌子下方.
2.往瓶中装水后用力向下拉A端使瓶上升,使瓶升至高于木板,可观察到毛巾上有红色水迹,说明瓶在拉力作用下上升过程中孔中有水喷出.
3.可改变不同的拉力使瓶上升,均可观察到毛巾上有水迹,说明均有水从孔中喷出.
4.先使瓶子快速上升至桌面高度时,撤去拉力,瓶子在惯性作用下做竖直上抛运动,可观察到毛巾上没有水迹出现,说明瓶子在竖直上抛过程中孔中没有水喷出.(以上实验每做一次要更换新毛巾)
本实验较直接将矿泉水瓶自由落体或竖直上抛有以下几个优点:
1.可视性强.如果将瓶子直接上抛或者自由下落的话,在教室有限空间内上升和下降过程都是极短暂的,不便于较清晰地观察到实验现象,而通过本实验设计,可根据毛巾上的水迹间接反映了孔中有无水喷出.
2.对比明显.矿泉水瓶下降和上升过程中,只要受到拉力的作用就有水从孔中喷出,在只受重力作用下上升或下降过程中都没有水喷出,现象非常明显.
3.便于操作.尤其是使矿泉水瓶做竖直上抛运动时,直接用手上抛很容易使瓶子发生翻转现象,致使有水流出.
4.参与性强.本实验需学生参与协助教师完成实验,通过多次演示,既培养了学生的实验能力,又激发了学生学习物理的兴趣和爱好.
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