向心力演示
向心力演示器
向心力演示器作者：陈渝德来源：《中国科技教育》2009年第10期一、项目背景高一物理(人教版)第一册第五章“圆周运动”是教学的重点和难点之一。
在进行向心力教学时,现行的实验器材只能定性的研究不能定量的研究。
于是笔者自己制作了一个向心力演示器,它能够比较准确的算出向心力大小。
二、作品原理本作品是根据F=mu2/r公式测向心力大小。
测量工具是家用电子秤,其分度值为10g,笔者用F=mg的公式换算为牛顿。
三、作品结构首先构建一个整体框架:有上下两条水平支架,下支架上安装电动机,电动机上安装钻夹头,夹头上安装一个铝片,用螺丝固定,铝片一端套上圆环,圆环用细绳固定,细绳另一端通过轴承连接其上端支架上固定的电子秤,通过电子秤读绳子拉力大小,即向心力大小。
接通电源时,电机旋转,通过改变半径,验证相同转速下向心力的变化。
本作品有以下几个优点:(1)形象、直观。
学生可以直接通过仪器读数。
(2)操作简便。
本教具在课堂教学中不需要重新组装,只要接上普通电源即可进行讲解、观察。
(3)可以通过实验验证向心力公式,从而加深学生对公式的理解和记忆。
该演示器适用于中学物理向心力教学演示。
四、制作方法1. 材料装备电动机1个,钻夹头1个,圆弧形不锈钢1块,长方形不锈钢3米,电子秤1个,传感器1个,学生电源1个。
2. 制作安装(1)将不锈钢管焊接成边长 40cm的正方形框架,在框架下端焊接圆弧形脚架;(2)在下端支架上打孔安装电动机,钻夹头和铝条以及轴承,连接好电路;(3)在铝条上安装圆环,圆环用细绳通过轴承与电子秤相连;(4)在支架上安装传感器,用于测量转速。
五、数据处理误差完全符合教学仪器误差在5%以内的行业标准(见表1)。
评委点评本项目是针对中学物理实验中的难点,一直不易进行准确量化研究的内容而设计的,该装置设计巧妙,便于操作,直观性好,精确度较高。
由于解决了长期以来定量研究的困难,其结构简单,演示直观,精确度较高,所以具有很好的实用性和推广价值。
DIY“数显向心力演示仪”
V 〇1.49 N 〇.7Jul.2020f r 铷i f教学参考实验研究DIY “数显向心力演示仪99*白秀英1任丽平2韩皓宇1(1.渭南师范学院物理与电气工程学院陕西渭南714099)(2.陕西学前师范学院信息工程学院陕西西安 710100)文章编号：1002-218X (2020)07-0053-03中图分类号：G 632. 0文献标识码：B摘要：D I Y “数显向心力演示仪”是基于验证人教版必修2物理教材第五章第六节中的向心力 表达式设计制作的实验仪器。
此教具主要由可调速式电动机、光电门、数字测力计等几部分构 成，与传统的手摇式向心力演示仪相比，可以定量探究向心力与圆周运动的质量、角速度以及半 径的关系，变定性验证为定量研究，便于学生对向心力公式的理解与掌握。
关键词：向心力演示仪；自制教具；物理教学_、问题的提出向心力在力学中有着重要的地位，是学生理解 圆周运动基本规律的一个重要概念，也是高中物理 教学的难点。
为了突破这一难点，《普通高中物理 课程标准(2017版）》对于圆周运动的教学要求中 提出：“通过实验探究匀速圆周运动向心力大小与 半径、角速度、质量的关系。
”并且在学生必做实验 中，新增了“探究向心力大小与半径、角速度、质量 的关系”[1]。
新课程改革强调学生的主体地位与探 究式学习的重要性，因此，学生通过实验定量探究 向心力大小与半径、角速度、质量的关系显得愈发 重要。
然而，实验室采用的手摇式向心力演示仪如图 1所示，它利用弹簧测力套筒将小球做圆周运动时 对挡板的水平压;y (向心力大小）转化为弹簧的竖直弹力，并应用控制变量法和比较法仅仅只能粗略 定性得出影响向心力大小的因素。
该演示仪操作简单，蕴涵了物理学的等效转化法、控制变量法、对 比法等;但是，该实验为半定量（向心力是由红色标 记获得），无法获得准确数值，因而探究的结果缺乏 足够的说服力，令人难以信服。
且该实验属于验证 性实验，不适宜探究使用。
DIS向心力演示仪(组)
并能 够用 理论计 算 值 与实 验 测 量值 比较 ， 获得 直 观、 形象 、 定量 的实 验 结 果 。提 高 了教 学 效 率 ， 提
高 了教学 的有 效性 。
３ ４ ０ ０ ｍ ｍ× ４ ２ ０ ｍ ｍ厚度 １ ｍｍ 的有 机 玻 璃 板材 １ 块， 直径 ３ ８ ０ ｍ ｍ 圆板 １块 ， ４ ０ ｍｍ×４ ０ ０ ｍ ｍ 和４ ０ ｍ ｍ ×４ ０ ａ ｒ ｍ 支 撑 架 各 １块 ， 直流 电动 机 １ 个， 稳 压 电源 （ ２ ２ ０ Ｖ～１ ２ Ｖ） １个 ， Ｄ Ｉ Ｓ力 传感 器 １
动， 可 测金 属球 在所 在平面 内任何位 置 、 任何 时刻 所受 的径 向力 的大小 。
（ ２） 用 途
②选 择 钢球 运动 的半径 ， 并 相应 调节 配重 ， 两
者 都加 以 固定 。 ③ 手动 转盘 ， 选择 所要 测球 受径 向力 的位 置 。 将 遮光 板贴 在此 时 光 电 门相 对应 的转 盘 边 缘 （ 突
及峰、 谷 对 应 的力 数值 。 挡 光 可用 Ｉ 形式 ， 可 适用 于转 速变 动情 况 ； 也 可用 “ 单摆 ” 测 量形式 ， 但 只 适 用 于 稳 定 转 速 的
情况。
偏小， 谷 值则 偏 大 。
ｄ ． 一般情况下 ， 测量值与理论值误差小于 ５ ％。 编者注 ： 该 作 品在 第八 届 （ 天煌杯） 全 国优 秀 自制教 具展 评 活动 中获 一等 奖。
（ 收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － ０ ８ － ２ ０ ）
⑧ 表格数据 处理 ： 可采集 １ ５～ ２ ５组 数据 ， 删 除
第一行 后取平 均值 。Ｉ 形式 时 ， ＝０ ． ２ ／ ３； 单摆 形
向心力演示器黑白相间的等分格
向心力演示器黑白相间的等分格黑白相间的等分格是一种常见的图案设计，在各种艺术品、装饰品以及科学实验中都有广泛应用。
其中，向心力演示器是一种可以展示黑白相间的等分格的装置，下面将对其进行详细介绍。
向心力演示器是一种通过向心力产生的装置，它可以展示出黑白相间的等分格。
向心力是一种指向中心的力，它是由物体在圆周运动时受到的向心加速度产生的。
这种力的大小与物体的质量和速度成正比，与物体距离转轴的距离的平方成反比。
在向心力的作用下，物体将沿着圆周运动，并且速度的方向始终指向圆心。
利用向心力的原理，可以设计出向心力演示器。
这种装置通常由一个旋转的平台和一些固定在平台上的黑白相间的小块组成。
当平台开始旋转时，小块也会随之旋转，同时由于向心力的作用，小块的速度方向也始终指向平台的中心。
这样，由于小块的位置固定而速度方向不断变化，观察者就可以看到一种黑白相间的等分格图案。
向心力演示器的黑白相间的等分格图案通常具有一定的美感，因此在艺术品和装饰品中被广泛应用。
例如，在绘画和设计中，可以利用向心力演示器的图案来构建具有层次感和动态感的作品。
在室内装饰中，可以使用黑白相间的等分格来营造出简约而又有趣的氛围。
此外，向心力演示器还可以用于科学实验中，用来观察向心力对物体运动的影响，从而深入理解力学原理。
除了展示黑白相间的等分格图案，向心力演示器还可以用来进行一些有趣的实验。
例如，可以将一些小球放在平台上，并适当调节旋转速度，观察小球的运动轨迹。
由于向心力的作用，小球将始终保持在平台上，并且沿着圆周运动。
通过实验，可以进一步理解向心力的特性，深入探讨物体在圆周运动中的力学规律。
向心力演示器是一种可以展示黑白相间的等分格的装置。
它利用向心力的原理，通过旋转平台和黑白相间的小块，展示出一种美观而有趣的图案。
这种装置不仅在艺术品和装饰品中得到广泛应用，还可以用于科学实验中，帮助人们深入理解力学原理。
通过向心力演示器，我们可以更好地认识到力学规律对物体运动的影响，进一步拓宽我们的知识领域。
向心力演示器的改进
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.
向心力公开课PPT教学课件
向心力
谢谢！
引入新课 学生实验 演示实验 课堂小结 问题讨论
12
向心力演示器的结构
长槽
标尺
短槽
挡板
变速塔轮
手柄
13
原理分析：
小 球 静 止
FN
G
14
原理分析：
手 推 档 板
15
原理分析：
匀 速 圆 周 运 动
FN
F
F´
G
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物体相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动
FN Ff
G
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卫星绕地球运行
9
1 科学方法：
课堂小结
（1）发现物理规律的基本方法：以观察实验为基础，分析、
综合的方法；
（2）实验方法：研究物理问题的重要方法之一——控制因素 （变量）法。
2 知识整合：
圆
周 匀速圆
运 动
周运动
向心力
（向心加速度）
圆
匀速圆 周
周运动
运 动
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这些物体做圆周运动时， 向心力分别由什么力提供？
11
3.F与ω的关系 保持r、m一定 结论：F与ω2成正比；
实验仪器——向心力演示器
F kmr2
8
说明：
①物理规律的探索和发现应是多次测量、 大量实验的结果; ②本实验装置间接反映出向心力的大小， 能半定量地得出结论，有待于改进; ③我们还可以设计很多实验得出以上结 论，说明这是一个带有共性的结论，是 一般规律。
3 .向心力的作用效果：只改变速度的方向， 不改变速度的大小.
6
学生小实验 步骤二：重做前面的小实验，自 行改变实验条件，多做几次；
体验与猜测：
向心力大小可能与 哪些因素有关？
向心力-优秀ppt课件
用
圆 从运动的角度求得Fn ；
锥 从受力的角度求得F合 ；
摆 粗
将Fn 和F合 进行比较。
略
验 2、实验需要的器材？
O 小球所需
向心力
θ
l
Fn=m
v2 r
FT
h
r F合 O'
证
向 钢球、细线、画有同心圆的 心 木板、秒表、直尺
G F合＝mg tanθ
力
的 3、实验需要测量的数据有哪些？如何测量？
表
达
把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段
一 都可以看作一小段圆弧.这些圆弧的弯曲程度不一
般 样，表明它们具有不同的曲率半径（可以这样理解：就是 把那一段曲线尽可能的微分，直到最后近似一个圆弧，这个圆弧对应的半径即
曲 曲线上这个点的曲率半径.）.注意到这点区别之后，在分析
线 质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆
运 1、变速圆周运动的合外力也指向圆心吗？
动 变速圆周运动的速度大小是怎么改变的？ 和 一 2、怎么分析研究一般的曲线运动？
般
曲
线
运
动 .
做变速圆周运动的物体所受的力
V
Ft
F
Fn
v
·
·O
F
Ft 切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小. Fn 法向分力，它产生向心加速度，改变速度的方向.
.
处
理
第六节： 向心力
.
拉住绳子一端，使小球在 光滑水平面上做匀速圆周运动。
观察与思考： 1 .做圆周运动的小球，为什么不沿直线运动？ 2 .小球受到哪些力作用？合外力是哪个力？ 这个力的方向有什么特点？这个力起什么作用？ 3 .一旦线断或松手，结果如何？
《向心力课件》课件
互动方式选择
问答互动：通过提问和回答 的方式，引导学生思考和回 答问题
游戏互动：通过设计有趣的游 戏，让学生在游戏中学习知识
讨论互动：通过小组讨论，让 学生分享自己的观点和想法
实验互动：通过实验操作，让 学生在实践中学习和掌握知识
互动内容安排
问答环节：设置问题，让学生回答，提高参与度 讨论环节：分组讨论，让学生分享观点，增强团队协作能力 游戏环节：设计小游戏，让学生在游戏中学习，增加趣味性 实践环节：让学生实际操作，加深对知识的理解
向心力应用
向心力在物理学中的定义和 应用
向心力在生活中的应用，如 汽车转弯、飞机飞行等
向心力在工程学中的应用， 如桥梁设计、建筑结构等
向心力在宇宙学中的应用， 如天体运动、星系形成等
向心力实例
地球绕太阳公转：地球受到太阳的引力，产生向心力，使地球绕太阳公转 卫星绕地球运动：卫星受到地球的引力，产生向心力，使卫星绕地球运动 汽车转弯：汽车转弯时，受到地面的摩擦力，产生向心力，使汽车转弯 抛物线运动：物体做抛物线运动时，受到重力的作用，产生向心力，使物体做抛物线运动
强调色：红色，代表热情、 活力和动力
背景色：白色，代表简洁、 清晰和专注
互动环节设计
提问环节：提 出与课件内容 相关的问题， 鼓励学生思考
并回答
讨论环节：组 织学生进行小 组讨论，分享 各自的观点和
看法
游戏环节：设 计一些与课件 内容相关的小 游戏，增加趣 味性和互动性
实践环节：让 学生动手操作 或实践，加深 对课件内容的
课件布局
封面：标题、作者、日期等信息
正文：详细讲解向心力的定义、公式、 应用实例等
目录：列出所有章节和子章节
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四、数据处理：
控制变量 r、 v一定 、 一定 m、r一定 、 一定 m、 v一定 、 一定 关 系 m1=2m2 v1= 2v2 r1=2r2 结 论
一、实验目的：
1、学会使用向心力演示器。 2、通过实验验证向心力与质量、线速度 和半径的关系。
二、实验原理：
做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心 的合外力，叫向心力。 方向： 沿半径指向圆心。
向心力指向圆心，而物体运动的方向沿切线方向，所以向心 力的方向总与物体运动的方向垂直.物体在运动方向上不受 力，在这个方向上没有加速度，速度大小不会改变，所以向 心力的作用只是改变速度的方向。
（2）验证向心力与线速度的关系：
将皮带挂在两变速轮的中轮上，使主动轮与从动轮的 转速比为1：2，再在臂长相等处放入两质量相等的铝球， 此时两球运动线速率将满足1：2。 摇动转动手柄，使球做匀速旋转，由标尺比较两 球向心力的大小。
（3）验证向心力与半径R的关系：
调节向心力演示仪，放入质量相等的铝球，使得两球 半径不同，线速度相同。（思考一下，该如何放置？） 摇动转动手柄，使球做匀速旋转，由标尺比较两 球向心力的大小。
大小： F=mrω2 由上式可知：向心力与物体的质量、运动半径和运 动角速度有关。
三、实验内容：
1、实验仪器： 1、转动手柄 2、3变速塔轮 4、长槽 5、短槽 6、横臂 7、测力套筒 向心力演示仪 8、标尺
2、实验步骤： （1）验证向心力与质量的关系：
将皮带挂在两变速轮的上轮上，使主动轮与从动轮的 转速相等，再在短槽的尽头和长槽的中间放上铝球和钢 球，此时臂长相等。 摇动转动手柄，使球做匀速旋转，由标尺比较两球向 心力的大小。