"用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式"實驗的改進

陸建平

（廣西賀州第二高級中學 廣西賀州 542899）

"用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式"實驗的改進

陸建平

（廣西賀州第二高級中學 廣西賀州 542899）

本論文對圓錐擺粗略驗證向心力的表達式'實驗的可操作性行了討論，對同一個實驗實驗改進前后，從要測量的物理量由5個變為3個，從取典型實驗數據筆算，到用計算機可處理全部實驗數據等憂點進行對比，取得了比較理想的效果。

圓錐擺實驗 改進和創新 操作性 向心力 實驗數據 多媒體技術

人教版高中《物理》必修2第五章第二節：“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”的實驗敘述如下：細線下面懸掛一個鋼球，細線上端固定在鐵架臺上。將畫著幾個同心圓的白紙置于水平桌面上，使鋼球靜止時正好位于圓心，用手帶動鋼球，設法使它沿紙上的某個圓周運動，隨即手與鋼球分離。

1、要測量的物理量（5個）：

①用天平測出鋼球的：質量m

②用秒表記錄鋼球運動：n周的時間t

③測出鋼球做勻速圓周運動的：半徑r

④測出勻速圓周運動小球距懸點的豎直高度h

2、要計算的物理量（4個）：

①計算圓周運動周期T=t/n=？

②算出鋼球的：線速度v=？

③算出向心力Fn=mv2/r=？

④算出合力F合=mgtgθ=mgr/h=？

這個實驗的構思、原理、方法看似很完美，也很簡單，真正做時發現該實驗的可操作性并不高。

（1）手帶動鋼球做圓周運動，使它沿紙上某個圓運動，手與球分離后小球很難做到圓周運動，且受空氣阻力作用半徑越轉越小。

（2）小球有一定的體積，究竟在何圓周上運動，半徑r也難確定，且測量誤差大，同時豎直高度h的測量誤差也大。

（3）θ角不能很大，否則r和h誤差更大，沒有驗證的普遍性。

（4）要測量的物理量多，要計算的物理量多。

為了做到勻速圓周運動，確保實驗能順利開展并取得理想的效果，提高實驗可信度，我對該實驗進行了探索、大膽改進和創新。

根據普萊斯定律，統計得出研究我國體育教學評價的核心機構有39所（圖4）。其中，師范類院校12所，發表論文136篇，所占比例32.15%；體育類院校有9所，發表論文158篇，占37.35%的比例，綜合院校18所，發表論文129篇，所占比例30.49%。其中，發文量最多的是北京體育大學41篇、其次是武漢大學29篇，排名第3的華東師范大學21篇。排在前十的核心機構里面有5所體育類院校，師范類院校有4所。

一、實驗操作的改進和創新

使鋼球沿紙上的某個圓運動，這是實驗成敗與否的關鍵，。為了克服這一難點，我的嘗試：教材中提到“用手帶動鋼球，設法使它沿紙上的某個圓周運動，隨即手與鋼球分離”在實際操作中很難做到，因為在圓的半徑確定的情況下小球作圓周運動的速度是個定值，靠手帶動小球佷難做到。通過反復的實踐，我得到比較可行的辦法：

1、如圖所示，用帶有支架的金屬圓盤（靜電實驗中有這樣的圓盤）代替同心圓，讓細線上端固定在鐵架臺上，下端懸掛的鋼球剛好接觸到圓盤中心。

2.無需用手抓住小球做圓周運動，而用手攏住繩子上端（懸點處）做圓周運動，這樣繩子帶動小球做圓周運動，并通過手的控制不斷增大小球的運動半徑，直到半徑剛好和金屬盤半徑相等（能夠直觀的判斷小球是否作圓周運動），隨后手輕輕離開繩子。

二、實驗數據的記錄（3個）

1.鐵架臺上固定一把刻度尺，在金屬盤上畫一直徑，刻度尺在直經的一端，眼睛位于直徑的另一端，小球做圓周運動的水平面內平視觀察，當小球依次經過該直徑的兩端時如果遮住刻度尺上的同一位置，得出小球距懸點的豎直高度高度h=？m

2.用秒表記錄鋼球運動n圈的時間t.（測5到8周即可）

三、實驗數據處理：不用筆和紙計算，用ppt或excel分析

用ppt或excel定義好如下表格的函數，學生測好勻速圓周運動n圈所用時間t和小球距懸點的豎直高度h后，就可以到電腦把測出的三個數據輸入即可得答案。（g=9.8m/s2）

優點：

1.在物理課堂實驗中使用多媒體，通過多媒體技術可以快速處理每一組的實驗數據，不用挑典型實驗組，也不用筆和草稿紙進行費時費力的計算，不僅精確度高還節省課堂時間。

3.從表中可以看出，實驗誤差很小，突破了粗略驗證的設計。既可以直接驗證向心力的表達式，也可以間接地驗證，不用測量小球的質量和圓周半徑，同時改進后的實驗變得非常容易操作，設備也很簡單，體現了新課改的基本理念，為類似實驗的改進提供了參考。