向心力演示仪

实验目的

探究向心力大小与小球质量、转动半径、角速度的关系。

实验原理

做匀速圆周运动的物体所需向心力 F = mω²r = mv²/r。实验采用控制变量法:保持其中两个量不变,改变第三个量,比较向心力的大小。仪器中弹簧测力套筒的标尺露出的格数,反映向心力的相对大小。

实验器材

• 向心力演示仪
• 转动手柄
• 变速塔轮与皮带
• 质量不同的小球
• 长槽与短槽(不同半径)
• 弹簧测力套筒与标尺

实验步骤

1. 认识仪器:手柄、塔轮、长短槽、挡板、测力套筒和标尺。
2. 取质量相同的小球放在半径相同处,皮带挂在不同塔轮上,比较标尺格数,探究 F 与 ω 的关系。
3. 保持质量和角速度相同,把小球放在长槽或短槽,探究 F 与 r 的关系。
4. 保持半径和角速度相同,换用质量不同的小球,探究 F 与 m 的关系。
5. 匀速转动手柄,读取并记录标尺格数。

实验现象与结论

质量和半径不变时,角速度越大,标尺露出的格数越多,向心力与角速度的平方成正比。质量和角速度不变时,向心力与半径成正比。半径和角速度不变时,向心力与质量成正比,总结为 F = mω²r。

注意事项

• 转动时手不要触碰旋转部分
• 匀速、缓慢转动手柄,避免用力过猛

常见问题

实验为什么要用控制变量法?

向心力同时与质量、半径、角速度有关,每次只改变一个量才能确定单一关系。

标尺上的格数表示什么?

格数反映向心力的相对大小,格数之比等于向心力之比。