完全失重的實驗設計

劉玲莉

實驗器材：礦泉水瓶一個，鐵架臺，定滑輪一個，細線，木板，白色毛巾若干條，水（紅色，半桶左右），圖釘若干.

一、礦泉水瓶豎直下落運動

1.按圖l（a）所示那樣，將鐵架臺固定在較高桌子上，安裝好定滑輪，用圖釘將白色毛巾平鋪固定在木板上.

2.把礦泉水瓶的上部挖一個小孔（是為了防止瓶落地時水到處飛濺，又保證水上方是外面的大氣壓），下部挖幾個小孔.將瓶口處用細線拴住，細線長度要適中，使礦泉水瓶可以下落到較低桌子的底部.

3.將空礦泉水瓶用細線穿過定滑輪懸掛在空中，把釘有毛巾的木板豎直側立在低桌子上，有毛巾的一側面對礦泉水瓶有孔的一側，調(diào)整礦泉水瓶的高度，使其高于木板.

4.保持礦泉水瓶的高度不變，向瓶內(nèi)注水，可觀察到紅色的水從瓶內(nèi)噴出.減小手對A端的拉力，使瓶子緩慢下降，可觀察到下落過程中水一直從孔中噴出，并且在毛巾上留下紅色痕跡.

5.換上新毛巾，改變對A端的拉力，使礦泉水瓶在不同的拉力作用下下落，均可在毛巾上看到紅色的水跡，說明瓶在不同的拉力作用下下落均有水從孔中噴出.

6.當A端拉力為零時，使瓶下落后，可觀察到毛巾沒有像以上步驟那樣的紅色水跡，由此可得出當瓶自由下落時，孔中沒有水噴出.

二、礦泉水瓶豎直上拋運動

1.按圖l（b）裝置安裝好器材，使礦泉水瓶低于木板，在低桌子下方.

2.往瓶中裝水后用力向下拉A端使瓶上升，使瓶升至高于木板，可觀察到毛巾上有紅色水跡，說明瓶在拉力作用下上升過程中孔中有水噴出.

3.可改變不同的拉力使瓶上升，均可觀察到毛巾上有水跡，說明均有水從孔中噴出.

4.先使瓶子快速上升至桌面高度時，撤去拉力，瓶子在慣性作用下做豎直上拋運動，可觀察到毛巾上沒有水跡出現(xiàn)，說明瓶子在豎直上拋過程中孔中沒有水噴出.（以上實驗每做一次要更換新毛巾）

本實驗較直接將礦泉水瓶自由落體或豎直上拋有以下幾個優(yōu)點：

1.可視性強.如果將瓶子直接上拋或者自由下落的話，在教室有限空間內(nèi)上升和下降過程都是極短暫的，不便于較清晰地觀察到實驗現(xiàn)象，而通過本實驗設計，可根據(jù)毛巾上的水跡間接反映了孔中有無水噴出.

2.對比明顯.礦泉水瓶下降和上升過程中，只要受到拉力的作用就有水從孔中噴出，在只受重力作用下上升或下降過程中都沒有水噴出，現(xiàn)象非常明顯.

3.便于操作.尤其是使礦泉水瓶做豎直上拋運動時，直接用手上拋很容易使瓶子發(fā)生翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，致使有水流出.

4.參與性強.本實驗需學生參與協(xié)助教師完成實驗，通過多次演示，既培養(yǎng)了學生的實驗能力，又激發(fā)了學生學習物理的興趣和愛好.