高中物理教学论文 有关向心力创新实验的研究 新人教版必修2

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ω，主动轮的角速度为ω’，则计算出的向心力大小为F ’ r t n mk r k m r m F 2222)2()'('πωω===，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ω的大小,看F 与ω的关系.然后控制r, ω一定,改变m 的大小,看F 与m 的关系.再控制m ω,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１００拍每分钟时，设此时对应的角速度为ω．则节拍器的节拍为２００拍每分钟时，对应的角速度为２ ω ．小球的转动半径为０.５米时对应的半径为r ，则转动半径为１.０米时对应的半径为２r ．

数据纪录：

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。