乒乓球上浮时系统失重现象的实验研究.pdfVIP

第34卷第6期 物 理 教 师 V01．34No．6 2013钲 PHYSICSTEACHER (2013) 丘丘 ／ 、 球上浮时系统失重现象的实验研究 沈志斌 (江苏省梅村高级中学．江苏无锡214112) 1问题的提出 如图1所示．台秤上装有水 杯，杯底用细线系住一木球，若细 ∥“ 线突然断裂．则在小球上浮到水 ■雾一 F=G ．、 j童 面(未露出)的过程中，台秤的读 。{ + 。失重F鹾 数将 j乒乓球上浮阶段 (A)变小．(B)变大． (C)不变．(D)无法判断． 这是一个经典的系统超重与 图3 失重问题，在没有介绍系统超重 与失重问题之前，训练结果表明． 图l 如图4为采用DIS示波功能采集的力传感器中力的 只有3j％的学生能够得出正确的 变化图像．从图像看：未烧断细线时，系统F=G；烧断细线 结论(A)．20％的学生选择(C)．45％的学生选择(D)． 后．系统对力传感器的力相当复杂的．但归纳来看．系统经 剖析上述结果的成因。有利于教师教学行为的改进．学 历了多次的失重和超重过程，并且超重与失重的程度逐渐 生在学习了超重与失重的知识后．要从单体的超重与失重 衰减． 拓展到系统(水、杯、球组成的整体)的超重与失重，对学生 回到本题所考查的问题，考察乒乓球在水中上浮的过 的认知形成挑战；由于没有演示实验的视觉冲击，仅靠抽象 程(未露出水面)，这个时间是相当短暂的，如图4箭头所 的理论推理，很难使学生对学原有的认知结构做出调整．看 指，系统处于失重状态(FG)． 来要解决这一问题，设计并完成演示实验是最有效的办法． 3实验的理论分析 2 实验的设计及结果 3．1 系统的超重与失重分析 2．1实验的设计 本题的系统涉及乒乓球、水、杯子共3个物体．在整 本实验的取材是容易的，难点是如何在不施加外力的 个过程中，杯子保持静止状态，杯子不出现超重与失重 前提下使细线断裂．有人曾经提出，在乒乓球的下方固定 现象． 铁片，在杯的下方安装电磁铁，电磁铁通电时时可使乒乓 乒乓球上浮过程中．由于有向上的 球紧贴杯底，电磁铁断电后乒乓球上浮．这是一个很好的 加速度。乒乓球处于超重状态．由于水 设想．利用电磁控制乒乓球的释放．但是实际制作时会使 具有流动性．当乒乓球向上运动时．与 系统结构较复杂，由于系统需增加电磁铁的自重，会使系 乒乓球等体积的水将向下运动以填补 统的总重变大． 乒乓球留下的空位．如图5所示．这说 为了使实验结构简洁，可 明这部分水具有向下的加速度．处于失 以运用逆向思维来设计．如果 重状态． 挂住乒乓球的细线能够延伸 设乒乓球的体积为V．质量为，n