"用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式"實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

陸建平

（廣西賀州第二高級(jí)中學(xué) 廣西賀州 542899）

"用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式"實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

陸建平

（廣西賀州第二高級(jí)中學(xué) 廣西賀州 542899）

本論文對(duì)圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式'實(shí)驗(yàn)的可操作性行了討論，對(duì)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)前后，從要測(cè)量的物理量由5個(gè)變?yōu)?個(gè)，從取典型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)筆算，到用計(jì)算機(jī)可處理全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等憂點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，取得了比較理想的效果。

圓錐擺實(shí)驗(yàn) 改進(jìn)和創(chuàng)新 操作性 向心力 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 多媒體技術(shù)

人教版高中《物理》必修2第五章第二節(jié)：“用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式”的實(shí)驗(yàn)敘述如下：細(xì)線下面懸掛一個(gè)鋼球，細(xì)線上端固定在鐵架臺(tái)上。將畫著幾個(gè)同心圓的白紙置于水平桌面上，使鋼球靜止時(shí)正好位于圓心，用手帶動(dòng)鋼球，設(shè)法使它沿紙上的某個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)，隨即手與鋼球分離。

1、要測(cè)量的物理量（5個(gè)）：

①用天平測(cè)出鋼球的：質(zhì)量m

②用秒表記錄鋼球運(yùn)動(dòng)：n周的時(shí)間t

③測(cè)出鋼球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的：半徑r

④測(cè)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)小球距懸點(diǎn)的豎直高度h

2、要計(jì)算的物理量（4個(gè)）：

①計(jì)算圓周運(yùn)動(dòng)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(gè)實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思、原理、方法看似很完美，也很簡(jiǎn)單，真正做時(shí)發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)的可操作性并不高。

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

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

（3）θ角不能很大，否則r和h誤差更大，沒有驗(yàn)證的普遍性。

（4）要測(cè)量的物理量多，要計(jì)算的物理量多。

為了做到勻速圓周運(yùn)動(dòng)，確保實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌_展并取得理想的效果，提高實(shí)驗(yàn)可信度，我對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探索、大膽改進(jìn)和創(chuàng)新。

根據(jù)普萊斯定律，統(tǒng)計(jì)得出研究我國(guó)體育教學(xué)評(píng)價(jià)的核心機(jī)構(gòu)有39所（圖4）。其中，師范類院校12所，發(fā)表論文136篇，所占比例32.15%；體育類院校有9所，發(fā)表論文158篇，占37.35%的比例，綜合院校18所，發(fā)表論文129篇，所占比例30.49%。其中，發(fā)文量最多的是北京體育大學(xué)41篇、其次是武漢大學(xué)29篇，排名第3的華東師范大學(xué)21篇。排在前十的核心機(jī)構(gòu)里面有5所體育類院校，師范類院校有4所。

一、實(shí)驗(yàn)操作的改進(jìn)和創(chuàng)新

使鋼球沿紙上的某個(gè)圓運(yùn)動(dòng)，這是實(shí)驗(yàn)成敗與否的關(guān)鍵，。為了克服這一難點(diǎn)，我的嘗試：教材中提到“用手帶動(dòng)鋼球，設(shè)法使它沿紙上的某個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)，隨即手與鋼球分離”在實(shí)際操作中很難做到，因?yàn)樵趫A的半徑確定的情況下小球作圓周運(yùn)動(dòng)的速度是個(gè)定值，靠手帶動(dòng)小球佷難做到。通過(guò)反復(fù)的實(shí)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(shí)驗(yàn)中有這樣的圓盤）代替同心圓，讓細(xì)線上端固定在鐵架臺(tái)上，下端懸掛的鋼球剛好接觸到圓盤中心。

2.無(wú)需用手抓住小球做圓周運(yùn)動(dòng)，而用手?jǐn)n住繩子上端（懸點(diǎn)處）做圓周運(yùn)動(dòng)，這樣繩子帶動(dòng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)手的控制不斷增大小球的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)），隨后手輕輕離開繩子。

二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄（3個(gè)）

1.鐵架臺(tái)上固定一把刻度尺，在金屬盤上畫一直徑，刻度尺在直經(jīng)的一端，眼睛位于直徑的另一端，小球做圓周運(yùn)動(dòng)的水平面內(nèi)平視觀察，當(dāng)小球依次經(jīng)過(guò)該直徑的兩端時(shí)如果遮住刻度尺上的同一位置，得出小球距懸點(diǎn)的豎直高度高度h=？m

2.用秒表記錄鋼球運(yùn)動(dòng)n圈的時(shí)間t.（測(cè)5到8周即可）

三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：不用筆和紙計(jì)算，用ppt或excel分析

用ppt或excel定義好如下表格的函數(shù)，學(xué)生測(cè)好勻速圓周運(yùn)動(dòng)n圈所用時(shí)間t和小球距懸點(diǎn)的豎直高度h后，就可以到電腦把測(cè)出的三個(gè)數(shù)據(jù)輸入即可得答案。（g=9.8m/s2）

優(yōu)點(diǎn)：

1.在物理課堂實(shí)驗(yàn)中使用多媒體，通過(guò)多媒體技術(shù)可以快速處理每一組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不用挑典型實(shí)驗(yàn)組，也不用筆和草稿紙進(jìn)行費(fèi)時(shí)費(fèi)力的計(jì)算，不僅精確度高還節(jié)省課堂時(shí)間。

3.從表中可以看出，實(shí)驗(yàn)誤差很小，突破了粗略驗(yàn)證的設(shè)計(jì)。既可以直接驗(yàn)證向心力的表達(dá)式，也可以間接地驗(yàn)證，不用測(cè)量小球的質(zhì)量和圓周半徑，同時(shí)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)變得非常容易操作，設(shè)備也很簡(jiǎn)單，體現(xiàn)了新課改的基本理念，為類似實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)提供了參考。