资源描述
有关“向心力”创新实验的研究随着新课程改革的深入，实验教学的创新对展现物理学科特色和功能发挥着不可估量的作用。一堂好的物理课决不能少了一个或几个精彩的物理实验，具有创造性的实验会让一些看似枯燥的内容立刻变得生动无比，让人在充满乐趣的氛围中欣然接受。圆周运动是同学们比较熟悉但又难以准确把握的一种运动，尤其对向心力的定义、作用、大小及来源缺乏形象直接的实验体会。在这里我对有关“向心力”的常规实验做了一些改进及补充。一、 小试身手简易水流星表演：本实验能轻易打破同学们源于对生活印象的错误“前概念”。我们可以直接利用装砝码的透明塑料小桶，为了看得更清楚给小桶加注滴有红墨水的自来水，然后用手捏住细线的一端，抡动细线使小桶在竖直平面内做圆周运动。现象表明速度较快时，水不会流出来。如果让细线加长一些，则抡动的频率可以减慢一些。操作非常简单，每个学生都能轻易完成，该实验使每个学生不由自主地想去探究水为什么没有洒出来，这为讲解向心力的作用作了铺垫。二、展现“绝技”神奇剥鸡蛋术： 本实验富有趣味性，给人多种感官刺激和愉悦，耐人寻味。在看电影天下无贼时，我们对刘德华扮演的大盗神奇的剥鸡蛋表演叹为观止，以为这肯定是电影特技，生活中不可能完成。殊不知我们凡人也能练就“神偷”一样的绝技，只要注意技巧就行了。找一个大“肚子”而小口径的玻璃杯（塑料杯也行），把一熟鸡蛋放入杯中，手握杯口迅速地向怀抱内沿螺旋线移动杯子，边移动边倒转杯子，然后继续快速转动手腕使鸡蛋沿杯壁运动，我们可以听到鸡蛋壳与杯壁碰撞时悦耳的交响乐，接着就能享受已剥了壳的鸡蛋了。三、 自制教具化繁为简，直达目标： 自制系列（一）：本教具克服了实验室大部分仪器只能定性研究向心力的缺点，能直接读出做匀速圆周运动的小球的向心力，并可计算出小球所需的向心力大小，定量验证向心力公式。制作材料：直径20厘米的三合材料圆板（有机玻璃材料更好），自制带洞铁管轴，手摇离心转台，带洞小球若干，尼龙绳，测力计一个，滑轮两个，秒表，方形木板制作方法：（1）制作空心金属圆筒，圆筒的内径尽可能小一些，并打磨光滑，固定在离心转台的小转轴上。（2）制作直径为20厘米的三合材料圆盘，并标好刻度，将圆盘固定在空心金属圆筒上端，并在下端固定一滑轮。（3）将带滑轮的测力计固定在木板上并置于离心转台旁边。使用方法：（1）将本教具放置在水平桌面上，把连接好一小球的尼龙线穿过金属圆筒，绕过圆筒下面的滑轮和测力计上的滑轮，在线的末端打一个空心结，并套住测力计挂钩，另一端的小球放在圆盘上。（2）先缓慢转动离心转台的手柄，待转速均匀后，记录小球转n圈所用的时间t，测力计的读数F和小球做圆周运动的半径r。设主动轮与从动轮的半径之比为k，小球的质量为m，从动轮的角速度为，主动轮的角速度为，则计算出的向心力大小为F ，看该力与测力计示数的关系.（3）改变小球质量，重复操作。自制系列（二）：本实验源于生活中同学们最容易体会的圆周运动，而且原理和仪器简单，小球转动平稳，易于操作实验材料：带细线的装满水的小桶，水准仪，节拍器，空心笔筒，尼龙线，弹簧秤，两个相同的小钢球制作方法：把空心笔筒与弹簧秤依次固定在水准仪上，并确保各自的中轴线重合。然后把与小球连接的尼龙线穿过空心笔筒并挂住弹簧秤的钩子，准备好节拍器。使用方法:抡动水准仪,尽量使它做近似水平面内的匀速圆周运动.接通节拍器的电源可以使它发出有节奏的响声调节旋钮可以改变频率抡动物体时可以就着节拍来采用控制变量法,分别变换节奏(即角速度),小球质量,半径来研究尼龙线的拉力(即向心力)的大小变化。即首先控制m,r一定,改变的大小,看F与的关系.然后控制r, 一定,改变m的大小,看F与m的关系.再控制m ,一定,改变r的大小,看F与r的关系。可以设每一个小球的质量为m当节拍器的节拍为拍每分钟时，设此时对应的角速度为则节拍器的节拍为拍每分钟时，对应的角速度为 小球的转动半径为.米时对应的半径为r，则转动半径为.米时对应的半径为r数据纪录：次数小球质量转动半径角速度向心力mrFmrFmrFmrF四、 稍加变通模拟向心运动与离心运动：信手拈来，活用身边的“坛坛罐罐”，一步到位地解析物理概念。把与小球连接的尼龙线穿过空心笔筒，另一端挂上钩码，用手抡动笔筒使小球在接近水平面内转起来，待转动平稳时，钩码静止在空中不动，此时小球转动的向心力可以看作近似等于钩码的重量。若增大转速，则钩码的重量不足以提供小球所需的向心力，小球将远离圆心运动；而减小转速时小球将向心运动。该实验把向心运动与离心运动结合在一起，非常好地进行了区分，学生记忆深刻。
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