用圆锥摆粗略验证向心力的表达式’验证仪的改制三法 这个实验在人教版高中《物理》必修 2 的第 53 页上
书中介如下:细线下面悬挂一个钢球,细线上端固定在铁架台上
将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使钢球静止时正好位于圆心
用手带动钢球,设法使它沿纸上的某个圆周运动(如图 1),随即手与钢球分离
验证方法:1
用秒表或手表记录钢球运动 n 圈的时间 t,再通过纸上的圆测出钢球做匀速圆周运动的半径 r,则线速度 v=2nπr/t 可求
用天平测出钢球质量 m,则向心力 F=mv2/r;2
在图 1 中测出钢球(以球心为准)到悬点的竖直高度 h, 从图 2 钢球受力情况可知,合力 F=mgtgθ=mgr/h;3.比较上述向心力 F 和合力 F,得出实验结论
这个实验的构思、原理、方法上咋一看非常完美,当您试做后就不难发现此实验有以下不妥
‘设法’使它沿纸上的某个圆周运动’具体操作中很难做到,大多是椭圆的,且受空气阻力作用半径越转越小
这就存在轨道不圆力不向心和半径 r 难定;2
球有一定的体积,究竟在何圆周上运动,半径 r 也难确定且测量误差大,同时竖直高度 h 的测量误差也大;3
此法 θ 角不能很大,否则 r 和 h 误差更大
没有验证的普遍性;4
好在此法名有‘粗略’二字,但既为‘粗略’,若两力相差较大, 此实验不就适得其反了吗
我看‘粗略’不得
为了做到匀速圆周运动,提高实验精度,达实验之目的
笔者进行了改进、设计、自制了(定量)向心力验证仪
根据构造、原理等不同先后制成了 A、B、C 三种型号(如下图)供大家参考: 图 3( 向心力验证仪 B 型实物图) 图 4(A 型) 图 5(B 型) 图 6(C 型)总体改进:(参见向心力验证仪 B 实物图)1.为提高测量数据的准确性和稳定性,在底座的四角各设计了一个调节螺栓,用于调节底座水平,转动轴竖直(转动轴用有