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      用彈簧測力計探究超重與失重

      2020-07-09 03:26:49袁梓童
      關(guān)鍵詞:中性筆示數(shù)測力計

      袁梓童

      一、實驗?zāi)康?/p>

      探究彈簧測力計的示數(shù)究竟測量的是什么力,觀察不同場景下彈簧測力計示數(shù)的變化,研究彈簧測力計示數(shù)大小與運動狀態(tài)的關(guān)系,以及超重與失重的概念。

      二、實驗材料

      彈簧測力計(1N),小卷膠布,凳子,中性筆。

      三、實驗過程

      1.將彈簧測力計調(diào)零(之后每個與測量有關(guān)的步驟首先都要調(diào)零),并將中性筆掛在掛鉤上,待穩(wěn)定后觀察示數(shù)。此彈簧測力計量程為0~1N,分度值為0.02N。如圖2所示,此中性筆受重力約0.1N。

      2.接下來,觀察走路、騎車、電梯升降等情景下,彈簧測力計示數(shù)的變化。以上每個場景中的被測量物都是上一步驟中重力為0.1N的中性筆。

      (1)走路時

      a.過程與現(xiàn)象

      將中性筆掛在彈簧測力計上,繞房間走幾個來回,觀察彈簧測力計的示數(shù)變化,用相機(jī)記錄?;胤乓曨l時可以發(fā)現(xiàn),走動時指針在0.1N的位置上下擺動,幅度最大可達(dá)0.14N。轉(zhuǎn)身時,指針擺動幅度較大。

      b.猜想

      人走動時,從靜止?fàn)顟B(tài)到運動狀態(tài),被掛在彈簧測力計上的中性筆在慣性的作用下前后、左右擺動,給彈簧測力計來自不同方向、不同大小的力。在這些力的影響下,彈簧測力計出現(xiàn)不規(guī)則的上下?lián)u擺。

      人行走時,中性筆并不是勻速直線運動。人的雙腳交替前進(jìn),前腳邁出,后腳跟著地,為了配合身體協(xié)調(diào),后腳有略微踮腳的動作,由此交替。在此過程中,彈簧測力計的指針便出現(xiàn)一高一低的情況,類似波浪線。

      (2)騎車時

      a.過程與現(xiàn)象

      將彈簧測力計用膠布粘在自行車上(盡量使彈簧測力計垂直于地面),調(diào)零完畢后,推動車子來回作勻速運動,運動軌跡盡量保持在一條直線上。在運動過程中,觀察彈簧測力計的示數(shù)變化。向左運動時,中性筆與彈簧測力計整體向右偏,指針搖擺;向右運動時,中性筆與彈簧測力計向左偏,指針同樣搖擺。當(dāng)車子停止運動時,相比之前“走路”時的指針變化幅度小很多,幾乎都在0.1N。

      b.猜想

      在騎車場景下,彈簧測力計的運動狀態(tài)是變速直線運動—勻速直線運動—變速直線運動。而在走路場景中,身體出現(xiàn)上下起伏、左右輕微晃動,很難保持勻速運動,因而彈簧測力計的指針擺動幅度大且不規(guī)則。而騎車時的勻速直線運動使指針擺動幅度很小。

      (3)乘電梯時

      a.過程與現(xiàn)象

      將中性筆掛在彈簧測力計上,乘坐電梯上升和下降,觀察彈簧測力計的示數(shù)變化,用相機(jī)記錄。

      在下降過程中,電梯啟動后,指針漸漸上升至0.08N,待電梯作勻速直線運動時,指針基本穩(wěn)定在0.1N的位置。電梯逐漸停止時,指針向上移動,變?yōu)?.12N,停穩(wěn)后,指針回到0.1N。

      在上升過程中,電梯啟動后,指針漸漸下降至0.12N處。電梯作勻速直線運動時,指針基本穩(wěn)定在0.1N的位置。電梯逐漸停止時,指針向上移動至0.08N,停穩(wěn)后,指針回到0.1N。

      b.猜想

      電梯下降時,逐漸向下加速運動,給了電梯一個向下的加速度,彈簧測力計的拉力小于中性筆的重力,此時電梯里的中性筆處于失重狀態(tài),指針向上移至0.08N。電梯速度逐漸穩(wěn)定、作勻速直線運動時,彈簧測力計的拉力與中性筆所受重力平衡,此時彈簧測力計示數(shù)回到0.1N。當(dāng)電梯快要停止時,速度減緩,給電梯一個向上的加速度。此時彈簧測力計的拉力大于中性筆的重力,所以處于超重狀態(tài),指針下移至0.12N。待電梯穩(wěn)定后,指針回到0.1N處。

      電梯上升時,剛開始是向上的加速運動,彈簧測力計的拉力大于中性筆的重力,處于超重狀態(tài),指針向下移動至0.12N。當(dāng)電梯作勻速直線運動時,彈簧測力計的拉力與中性筆的重力平衡,故指針回到0.1N處。電梯快要停下時速度變緩,此時有一個向下的加速度,彈簧測力計的拉力小于中性筆的重力,處于失重狀態(tài),所以指針向上移動至0.08N。停穩(wěn)后處于靜止?fàn)顟B(tài),指針回到0.1N處。

      四、實驗結(jié)論

      當(dāng)彈簧測力計使用規(guī)范,器材穩(wěn)定,處于靜止或勻速直線運動時,彈簧測力計的示數(shù)才是所掛物體的重力。當(dāng)處于加、減速,轉(zhuǎn)彎、振動狀態(tài)時,彈簧測力計的示數(shù)所表現(xiàn)出的物體的受力情況是超重或失重。超重時,彈簧測力計的示數(shù)大于原示數(shù);失重時,彈簧測力計的示數(shù)小于原示數(shù)。(指導(dǎo)老師:張藝凡)

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