自制圓錐擺驗證向心力公式
2012-04-29 00:34:44曹東
新高考·高一物理 2012年1期
曹東
■ 1. 實驗原理
圓錐擺運動是一種常見的圓周運動. 在研究圓周運動時證明向心力的公式較為簡單. 如圖1所示圓錐擺運動中擺球所受的合力提供向心力，因此有：
F合=mgtan θ=mg■=m■
要驗證上式成立只需驗證：
■=■
■ 2. 實驗所需的器材
米尺一把，擺球一個，細線，縫衣針一個，秒表一個
■ 3. 裝置的制作及實驗過程
（1） 將縫衣針固定在米尺的一端，使針與尺垂直.
（2） 將細線系好擺球，再將線頭穿過針頭細孔（或將細線纏繞在縫衣針上），然后打結固定. 實驗裝置實物圖如圖2所示.
（3） 用手捏住尺，在貼住桌面的情況下，運轉尺身，帶動小球由靜止開始做圓錐擺運動，動作不要太急，應順勢使其幅度逐漸增加，一旦達到幅度適當的較理想的圓周運動時，即用力壓住米尺，尺身不能搖晃，以確保圓周運動穩定.
（4） 事先確定需測圓周運動半徑r的值，視線應沿所需r值之刻度處豎直地向下看去，耐心等待擺幅逐漸自然減小. 在圓周運動半徑還稍大于r之時開始計數和計時，用秒表記下錐擺運動n周的時間t. 圓周運動的周期T=■.
（5） 用刻度尺測量出圓錐擺的擺長l.
（6） 多次測量，將測量得到的r、T、l代入上式，如果左右基本相等，在誤差允許范圍內就驗證了向心力公式.
