运用自制教具“圆周运动探究仪”验证和探究向心力公式

蔡俊龙

物理新课程指出，中学物理教师应科学有效地组织学生进行科学探究性实验，开发物理实验资源。研究高中物理向心力时发现，现有仪器在实验过程中都存在一些问题，比如测力不准确、不稳定，不能准确地测量瞬时速度，对公式中的质量、线速度、角速度、半径等不能准确定量分析，实验结果精确度不高，等等。对竖直平面内的圆周运动的研究现在大多都停留在定性的、理论推导上，很少有定量的实验探究，竖直平面内的实验探究仪器更是少见。本文所述的仪器通过智能化的传感器、数据采集器和分析软件“Logger Pro 3.8.6”结合起来，对小球在水平面以及竖直平面内的圆周运动的物理学量进行测量，直接在电脑上得到实验数据，并通过图表、图像等分析出实验结果，非常直观、简便，大大简化了以往实验课上繁琐的计算过程，既节约了时间，又直观易懂。

一、仪器的特点及用途

圆周运动探究仪如图1所示。

（一）特点

圆周运动探究仪是利用传感器和数据采集器及软件，准确、方便、连续、快捷地探究、验证水平和竖直平面的圆周运动。它解决了现有仪器在实验过程中都存在的一些问题：测力不准确、不稳定，不能准确地测量瞬时速度，对公式中的质量、线速度、角速度、半径等不能准确地定量分析，实验结果精确度不高的问题。利用此仪器还可对竖直平面内圆周运动问题进行拓展性探究。

（二）用途

1. 验证向心力公式

①给定任意r，m，由传感器测出物体作圆周运动的线速度v和拉力F，计算出mv2/r与拉力F比较是否相等。……