向心力演示器的改进
向心力大小实验的改进与创新
水 平 面 内 圆 周 运动 的轨 道 平面 ，并将橡皮筋调整至与圆
周 运 动 轨 道 平 面 重 合 的 高 度 上 ，测 出 悬 点 到 橡 皮 筋 的 高
度办。
③
再 次 在 桌 面 上 轻 晃 饮 料 瓶 几 圈 后 停 下 ，钢球在
瓶 内 做 水 平 面 内 的 圆 周 运 动 ，当 钢球 与瓶的撞 击声 消
通过受力分析得到向心力F =
wgtan 0,其中 tan 0= h 用秒表记 录 时 间 ，再 通 过 纸 上 的 圆 测 出 钢 球 运 动 的 半 径 ，进而得出
线 速 度 ，利 用 公 式 计 算 出 向 心 力 ^ 与 F =w gtan 0
近似 相等 ，从而粗略验证向心力大小的表达式。 该实验方案有两大弊端:一是使小球在纸面上做
计 验 证 向 心 力 实 验 ，如 图 1 所 示 。
用 细 线 悬 挂 一 个 钢 球 ，细 线 上
〇
端 固 定 在 铁 架 台 上 ，将 画 有 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
钢球使它沿纸上的某个圆周运动，
二 、探 究 向心 力 大小 的表 达 式 人 教 版 新 版 教 材 必 修 第 二 册 中 ，设计探究向心力 实 验 如 图 3 所 示 。利 用 向 心 力 演 示 器 ，转 动 手 柄 ，将 小 钢 球 置 于 长 槽 4 的 不 同 横 臂 位 置 上 ，根 据 标 尺 8 上 露 出 的 红 白 相 间 等 分 标 记 ，可 以 粗 略 计 算 出 两 个 球 所 受 向 心 力 的 比 值 ，可 以 探 究 向 心 力 与 质 量 、半 径 、角速 度的关系。
高中物理创新实验 向心力
向心力一、使用教材本节课《向心力》选自广东教育出版社出版的粤教版高中物理必修二的第二章圆周运动的第２节、适用于高中一年级学生下学期学习。
二、实验器材１、有机玻璃板框架;2、数显测力计;3、５7步进电机控制装置;４、５7步进电机;5、电机转速控制装置;6、转速显示器;７、有机玻璃弧形轨道;8、连接线;9、不同质量槽码;1０、刻度尺;11、8字环;12、滑轮;1３、电机联轴器、三、实验改进要点在高中物理教学中关于向心力公式的得出是个难点,该公式的理论推导过程对学生来说过于抽象,不易理解、而圆周运动这一章在高中物理中有着重要的作用和我们的生活联系也十分紧密。
使用电动向心力定量分析演示仪能够让学生通过实验探究,亲身感受什么是匀速圆周运动？什么是向心力？向心力由于那些因素有关,这比理论分析更有说服力。
传统的“向心力实验演示仪"仅仅是半定量的,同时误差较大,从而只能定性地说明向心力大小与相关变量有关,而无法定量地测出向心力与半径、线速度和质量有关,即准确性难以控制为了解决上述问题。
笔者设计制作了探究向心力演示仪,将向心力定性演示实验改进为定量操作实验。
本演示仪利用调速装置和测力装置,通过实际演示可分别改变质量、角速度、半径,实时读出向心力和转速的数值,分别探究上述物理量与向心力的关系,帮助学生更好地理解圆周运动的特点以及向心力公式。
本演示仪还针对传统电动向心力定量分析演示仪所存在的不足做了以下几点改进:一是,电机选用的是高精度的步进电机,调速方便,利用电机驱动装置和控制装置实时调节转速,转速精度高还可通过显示器直截了当读出转速、二是,固定槽码的细线与数显测力计的连接是在渔具中使用到的高速轴承转环,如此能够防止细线在旋转的过程中因扭转而产生的缠绕。
三是,在轨道的中心位置安装了一个定滑轮,将水平弧形轨道中的槽码连线转９０°与竖直方向的高速轴承转环连接。
四是,采纳了精度更高的工业用数显测力计,使向心力的测量更加准确,测量时既可动态读数又可将测量数据进行存储,还能与计算机相连实现实验数据的实时输出,并能够方便、快捷读取平均值。
《向心力》教学反思
《向心力》教学反思《向心力》教学反思「篇一」该教学设计创建的物理情景、提供的实验方案，不仅使学生经历了建立概念、发现规律的过程，也很好地落实了过程目标和情感目标。
具体的说，有以下几方面：1．向心力是高中物理的一个难点内容，学生对于向心力一直很难理解，在对物体进行受力分析时，往往还外加一个向心力。
为了突破重点，难点，第一、在学习顺序上先讲向心加速度，用矢量推导向心加速度这个难点，后讲向心力，通过实例给出向心力概念，再通过探究性实验给出向心力公式F=mrω2或F=mv2/r。
2．情景教学，让学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，激发了学生的求知欲望，加深了对知识的理解。
在探究过程中，教师要给学生提供必要的实验器材和多媒体资源，引导学生去发现问题，使学生产生探究的动机，从而提出问题，解决问题，体验问题。
整个教学过程中，教师是一个引导者和参与者，组织者和帮助者，学生是学习的主人，课堂上教师要组织引导学生交流讨论，充分重视学生在探究过程中的情感、态度与价值观的培养。
学生能在愉快的教学环境中获得知识和培养思维能力。
该教学设计创建的物理情景、提供的实验方案，不仅使学生经历了建立概念、发现规律的过程，也很好地落实了过程目标和情感目标。
具体的说，有以下几方面：1．向心力是高中物理的一个难点内容，学生对于向心力一直很难理解，在对物体进行受力分析时，往往还外加一个向心力。
为了突破重点，难点，第一、在学习顺序上先讲向心加速度，用矢量推导向心加速度这个难点，后讲向心力，通过实例给出向心力概念，再通过探究性实验给出向心力公式F=mrω2或F=mv2/r。
2．情景教学，让学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，激发了学生的求知欲望，加深了对知识的理解。
在探究过程中，教师要给学生提供必要的实验器材和多媒体资源，引导学生去发现问题，使学生产生探究的动机，从而提出问题，解决问题，体验问题。
整个教学过程中，教师是一个引导者和参与者，组织者和帮助者，学生是学习的主人，课堂上教师要组织引导学生交流讨论，充分重视学生在探究过程中的情感、态度与价值观的培养。
高中物理【实验：探究向心力大小的表达式】优质课件
人教物理必修第二册
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[创新归纳] 本题的创新点体现在实验目的创新，由探究向心力大小与半径、角速 度、质量的关系的实验，迁移为测周期和重力加速度的实验。
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1．向心力演示器如图所示。现将小球A和B分别放在两边的槽内，小 球A和B的质量分别为mA和mB，做圆周运动的半径分别为rA和rB。皮带 套在两塔轮半径相同的两个轮子上，实验现象显示标尺8上左边露出的 等分格子多于右边。下列说法正确的是( )
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解析：根据题意，皮带套在两塔轮半径相同的两个轮子上，因而 ωA＝ωB， 标尺 8 上左边露出的等分格子多于右边，因而 FA＞FB，根据向心力公式 F ＝mω2r 知选项 A 正确，D 错误；根据向心力公式 F＝mvr2知选项 B、C 错 误。
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一、实验目的 1．学会使用向心力演示器。 2．探究向心力与质量、角速度、半页 下页
三、实验原理与设计 1．实验原理 匀速转动手柄，可以使变速塔轮、长槽和短槽匀速转动，槽内的小球 也随着做匀速圆周运动。这时，小球向外挤压横臂的挡板，挡板对小 球的作用力提供了小球做匀速圆周运动的向心力。同时，小球对挡板 的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标 尺。根据标尺上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所 受向心力的比值。
序号 1 2 3 4 5 6 Fn m
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五、数据处理 1．分别作出Fnω2、Fnr、Fnm的图像。 2．实验结论 (1) 在 质 量 和 半 径 一 定 的 情 况 下 ， 向 心 力 的 大 小 与 角 速 度 的 平 方 成 正 比。 (2)在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成正比。 (3)在半径和角速度一定的情况下，向心力的大小与质量成正比。
虚拟仿真技术助力高中物理实验可视化教学——以NB物理实验为例
虚拟仿真技术助力高中物理实验可视化教学——以NB物理实验为例安徽省蚌埠第三中学（233400）李毓崔北元黄振侠［摘 要］传统的高中物理实验教学在资源、设备、安全等方面存在一些欠缺。
采用虚拟仿真技术可基本解决传统实验教学的问题，实现高中物理实验可视化教学，为高中物理教学提供一种新的途径，帮助学生理解科学原理，培养学生的解决问题能力和创新能力。
［关键词］虚拟仿真技术；高中物理实验；可视化；NB实验［中图分类号］ G633.7 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-6058（2023）24-0046-03实验是物理的基础，也可以说是物理学科的灵魂所在。
因此，学生对物理实验原理的理解程度、实验操作设计的熟练程度、数据分析能力的强弱，是直接影响学生科学素养发展、理性思维养成和创新意识培养的重要因素［1］。
一、传统高中物理实验教学的现状传统的高中物理实验教学面临着多种挑战。
在实验准备环节，任课教师首先要准备好所需的实验器材，并且尽可能多次进行预实验来应对学生在实验过程中可能出现的各种问题，这将耗费教师大量的时间和精力。
在一些物理教师人员不充足的学校，加之教师的课时量大，导致部分教师没有时间和精力再安排学生实验。
在实验操作环节，需要有足够的实验器材。
由于经济条件有限，部分地区学校无法凑足实验器材，导致实验教学无法进行。
而就算是实验器材能够备足，实验室也需要配备专门人员来保障实验过程的安全，即既要尽量防止实验仪器的损坏，又要避免安全事故的发生。
另外，有很多高中物理实验在现实环境下很难得到比较明显或者理想的实验结果，需要在理想状态下才能实现，比如伽利略理想斜面实验、牛顿管实验、微小形变的演示等。
而传统实验方式的这些不足，可用虚拟实验来弥补。
NB物理实验是一种利用计算机的科学算法和大数据为技术基础实现的新型实验方式，它已成为“互联网+教育”的一项非常重要的应用成果。
NB物理实验采用的虚拟仿真技术能够为高中物理实验的可视化教学带来强有力的助力，也将成为教育信息化服务于物理实验教学的重要手段。
向心力表达式演示实验的改进
④利 用 图像 软 件对 连 拍 的 照片 进行 处 理 ， 可
制作成小 球运 动 的频 闪 照片 ， 可把 小 球运 动 的 也 动 态过程 进行定 格 ， 深学 生 对 小球 做 圆周 运 动 加
盘 到 悬 点 的 距 离 日，
② 利用 顶置 高 清摄 像 头 ， 清 晰记 录小 球 做 能
圆周运 动过 程 ， 并将 影像呈 现在投 影屏 上 ， 解决 了 学生从 侧面 无法观 察小球 做 圆周 运动 的不足 。
求出运 动平 面 到悬 点
的距 离 ｈ＝Ｈ —ｄ ２ ／。
③ 利用摄 像软 件可对小 球做 圆周运 动过程进
小 球 圆周 运 动 的 视 频 和 频 闪 照 片 辅 助 向心 力 概
铝塑 圆板 １块 （ｂ６ ｍ） 高清 摄像 头 １ 。 ￣ ｃ ， ３ 个
３ 制 作 方 法
① 如 图 １ 用 木 材 制 作 ４ ｃ ×４ ｃ 底 座 ， ， ０ｍ ０ｍ 在 底 座 ４个 角上安 装 水 平 调 节 螺 丝 ， 于调 节 底 座 用
⑥ 用秒 表测 出小球 在 相应半 径 ｒ 动 ｎ圈的 运
时 间 ｔ求 出周期 Ｔ＝ｔｎ ， ／
⑦ 还原 小 球 在 相 应半 径 ｒ 动平 面 ， 直 细 运 拉
《 学仪 器与实验 》 ２ 教 第 ６卷 ２ １ ０ ０年 第 １ 期
・ ９ １ ・
线， 调节 圆盘 高度 ， 然
后从刻 度尺 上读 出 圆
圆孔 中 。
③ 在 玻 璃 圆 心 的 正 下 方 ， 定 １根 直 径 为 固 ６ ｍｍ、 长为 ６ ｃ 的金属 杆 ， 上 套上 ｄ ６ ｍ可 升 ０ｍ 杆 ￣ ｃ ３ 降 圆盘 ， 圆盘 用铝 塑板 制作 ， 上表 面 画上带 刻度 的
《探究向心力大小的表达式》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)
《探究向心力大小的表达式》说课稿一、使用教材本实验使用的教材是人教版普通高中物理必修2第六章第二节向心力。
二、实验器材向心力演示仪、DisLab 向心力实验设备、力传感器、钩码、机械能实验背景板、数据采集器、笔记本电脑。
三、实验创新要求/改进要点2004版旧教材，在此处设计的是“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”该实验：很难给小球施加合适的初速度，让其在水平面内做匀速圆周运动，小球运动过程中由于阻力，轨迹也会慢慢变成椭圆；小球在摆动过程对应半径r 和高度h 和周期T 不好测量计算麻烦，所以，本实验只能够粗略验证验证向心力的大小。
2019新版教材中，重新选择了传统实验“向心力演示器”来探究向心力的大小。
这个实验的优点是：现象直观，操作方便。
这也是新教材选择它的原因。
但是，这个装置也有局限性：圆周运动的半径是设计好的固定值，不具有普遍意义。
向心力的数值只能通过比值比较，无法准确测量。
不过，我们可以用更精密的设备，改进创新数字实验来弥补这个问题。
在完成向心力公式F=m ω2r 的探究后，通过简单改制DIS 机械能守恒实验器，探究向心力的另一个公式F =rv m 2。
我们把Dis 机械能守恒实验器的背景板安装在铁架台上，把力的传感器安装在铁架台的顶端，选择不同质量的钩码作为摆件，悬挂在力传感器的挂钩上，光电门传感向心力研究实验装置改进创新实验器放置在背景板最低点D。
四、实验原理/实验设计思路为了全面又精确的探究向心力的大小，我们计划分别应用传统的向心力演示器和自制改进的Dis数字实验设备，通过控制变量法，探究向心力与其决定因素之间的关系，确定向心力的大小表达式。
五、实验目标挖掘本实验蕴含的物理学科核心素养，从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面制订了本实验课学生学习的目标。
1.通过活动体验和科学探究，进一步完善向心力的概念，深化运动与相互作用观念。
2.感受影响向心力大小的因素，并通过理解实验原理探究它们之间的关系，领会利用控制变量法研究问题的科学思维。
向心力定量探究演示仪简短说明
向心力定量探究演示仪简短说明在高中物理教学中关于向心力公式的得出是个难点，该公式的理论推导过程对学生来说过于抽象，不易理解。
历年来的高中物理教材所选用的向心力演示仪也仅是半定量的。
本教具完全解决了传统向心力演示仪不足的问题，不仅可以作为验证向心力公式的实验使用，还可以用来定量探究向心力的公式，即:F = m v2/R = mω2 R= m（2πn）2 R= m 4π2 n 2 R。
不仅能使学生进一步加深对该公式的理解，而且其探究过程还可以培养学生实验能力和探究能力。
向心力定量探究演示仪利用可调速电机带动橡皮筋一端的小物体做竖直面的圆周运动，在转轴上有一块小磁铁，转轴旁边固定一只与计数器相连干簧管，转轴每转一圈，小磁铁使干簧管吸合一次记一个数，这样可以准确测量转过的圈数。
在该装置的竖直面板上有用橡胶膜制成的半径测量器，它可以在水平方向自由调节，当小物体恰好通过半径测量器时就可以准确读出半径来。
小物体的质量可由天平测量。
当关闭电源，小物体停止转动时，用弹簧测力计把与橡皮筋相连的物体拉到半径测量器的位置，这样就可在确定物体做圆周运动时的向心力大小。
定量探究向心力公式的步骤:1.在质量m、转速n一定时，探究向心力F与半径r的关系。
用两根同样规格的橡皮筋（一长一短），在两端拴上同样形状和质量的物体，使它们在同一转轴上转动。
调节转速，当两个物体转动稳定时，分别用半径测量器测量出半径。
关闭电源，当两物体停止转动时，再用弹簧测力器分别测出两个物体在做圆周运动时的向心力大小。
比较两个物体的向心力与半径的关系，重复以上步骤，可以确定在质量m、转速n一定时，向心力F与半径r成正比。
2.在质量m、半径r一定时，探究向心力F与转速n的关系。
选规若干格不同的橡皮筋（粗细不同），先后拴同一个物体，每次都在电机的带动下做圆周运动。
记录第一根橡皮筋实验时的半径，其后每一次用不同橡皮筋实验时，通过调节转速让小物体都经过第一次的位置，这样就保证了几次实验的半径相等，由于每一次用的是同一物体，所以几次实验的质量m和半径r是一定的，再把每一次实验的向心力和转速都记录下来，通过分析就可确定向心力F与转速n成正比。
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7、把测得的数据分别填入设置表格中,根据公式计算向心力与实测向心力进行比较.
8、实验记录
演示
方法
测量
次数
周期T/s
质量
m/kg
半径r/m
F=mv2/r﹝N﹞
实验测得F/N
相差
绝对误差
相对误差
演示方法二,装置如图二所示:
1、在电子秤的适当位置钻一个小孔﹝不影响电子元件﹞能
穿过尼纶线及活动连接.
2、将仪器架上方刻度盘及铁杆拆掉,把电子秤平放在支架上方,将尼纶线穿过小球并打好结,经过定滑轮穿过电子秤小孔及活动连接处,使尼纶线、定滑轮、电子秤小孔在同一竖直平面内,将电子秤去皮清零.
2、记录小球的质量m和小球运动的半径r.
3、打开计算机电源及数字化信息平台，调零，把转动横轴调节
水平．
4、接通电动机电源，先将开关置于1档，依次改变档位可改变小球运动半径和周期，通过力的传感器、数字采集器即时采集小球所受向心力Ｆ和转动周期Ｔ输入计算机，此时在显示器上可观擦到小球转动周期和向心力变化情况．
2、电动机带动塑料槽转动，使滚动小球随塑料槽作匀速园周运动比用手摇动要平稳.
3、用电风扇档位调速开关和铁架台可方便改变转速和小球运动半径.
4、可直接显示向心力的大小,用刻度盘把弹簧秤的示数放大,全班学生都可看清示数.
5、可定性或定量分析向心力的大小与m、r、ω﹝或T﹞的关系.
6、用数字计时器通过光电门挡光片可测出每次小球做园周运动的周期T、及测出r、m再用公式计算向心力的值与测量值进行比较得出结论.
5、把电动机接入220伏交流电源,将调速开关置于1档，﹝低速档﹞,待转速正常后,随即将数字显示器清零,记下弹簧秤指针的示数（即所测的向心力F）和显示器的周期T,关闭电源,将小球拉到记录指针的示数位置,计下小球运动半径r.
6、把调速开关分别置于2、3档,重复步骤5的操作,记下向心力F，周期T和运动半径r的值.
5、利用计算机相应软件的绘图功能，设计x轴为Ｔ2,y轴为Ｆ，将采集的数据进行图形处理得到数据点是一条直线，经实验后得出向心力与周期的平方成正比关系．
6、将实验测得出的向心力数据与公式Ｆ＝4π2mr/t2理论值进行比较分析，也可与前两次演示方法进行比较．
六、仪器装置说明
1、本仪器即可作为验证向心力公式的实验使用，也可作为探究向心力公式的实验使用，实验可以用控制变量来定量测量向心力与相关物理量的关系，实验误差小。
三、制作方法:
1、转动装置,主要由电动机与转轴、塑料槽组成,将一台家用小电风扇中网罩及风叶外壳拆掉,取其电动机和调速开关,用自制的木支架将电动机轴竖直放置,并在其轴上水平安装一个内侧平滑的塑料槽,塑料槽截面为U形,尺寸为30×50×400﹙mm﹚,塑料槽随转动轴一起转动,在塑料槽中央装一个定滑轮,在槽的外侧贴上毫米刻度标尺,便于测出小球运动半径.
向心力演示器的改进
向心力演示器是通过实验来改变转速、质量、运动半径,得出向心力与转速、质量、运动半径的关系。也可验证向心力公式F＝mω2r＝mv2/r＝4π2mr/T2
一 、仪器结构如图一所示:主要由转动装置,力和时间的测量装置及底座支架组成.
二、本仪器与生产厂家仪器相比有以下几个特点:
1、结构简单、操作方便、直观性强.
3、记录小球的质量 m和小球运动的半径r.
4、按演示方法一的步骤5、6、7、行操作.
演示方法三,装置如三所示:
1、将仪器上方的电子秤拆掉,装上铁杆和力的传感器,同时将力的传感器及光电门分别接入数字采集器与计算机连接,即组成数字化向心力实验测试装置．该实验装置利用力的传感器可测出向心力的大小,利用时间光电门测定小球运动的周期T.
2、本仪器使用220伏交流电，频率为50赫芝，电动机使用固定档位，每次使用同档位转速一样，周期是一致，把三个档位的转速或周期记录标在相应的档位上，不需要每实验都要使用数字显示器测周期。
3、本仪器可使用多种演示方法，结构简单，操作方便，实验
器材易取，实验室均有。
四、演示方法一,装置如图一所示:
1、将仪器水平放置在桌面上,记录小球的质量.
2、用尼纶线或细钢丝,穿过小球并打好结,将尼伦线经过横轴塑料槽的定滑轮并挂在刻度盘弹簧秤挂钩的活动连接处.
3、把光电门导线与数字显示器连接好并接通电源,将功能开关置于周期档.
4、将刻度盘竖直安装在支架上方的铁杆上,调节尼纶线和弹簧秤与定滑轮在一条直线上与刻度盘在同一竖直平面内,调节刻度盘的高度,可改变运动小球的半径.