向心力演示实验的改进与创新

张晓琳

(北京市顺义区第一中学 北京 101300)

图1 向心力演示仪

我们能否对向心力F向，质量m，运动半径r，线速度v间的关系，进行定量验证呢？

笔者在准备实验教学时，做了如下(原理如图2所示)改进.

改进1：让质量为m的小球在如图2所示位置静止释放，当小球碰到固定铁钉瞬间，可看作是以铁钉为圆心，半径为r的圆周运动．同时，拉力传感器记录小球所受拉力大小F，光电门可以测量小球在最低点时的运动速度v．这样我们就可以由

F向=F-mg

来验证向心力F向，质量m，运动半径r，线速度v间的定量关系了．

图2 向心力演示仪改进原理示意图

改进2：改变固定铁钉的(上下)位置即可改变半径r，改变固定横梁的(上下)位置释放小球即可改变小球在最低点的速度v，换不同的小球可以改变小球的质量m.

改进后的实物图如图3所示．

优越之处:我们可以采用“控制变量法”，探究向心力F向，质量m，运动半径r，线速度v间的定量关系．

同时，本实验立足于高中物理课堂教学，运用学生比较熟知的原理，操作简便、取材简单．既能作为课堂演示实验，又能作为学生分组实验．