用传感器探究影响向心力大小因素的实验装置研究

实验探究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系是高中物理的一个重要实验。针对传统实验装置存在的不足,新设计的实验装置利用PASCO力传感器测向心力的大小,用调速电机来改变金属小球作圆周运动的角速度,并用霍尔传感器测量电机的转速,金属小球的质量和小球的旋转半径则定量改变。新的实验装置能定量地探究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系,实验结果精确度高,演示效果明显,方便师生使用和操作,值得推广。     

用传感器探究影响向心力大小的因素

针对传统探究向心力 F大小与质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验存在的不足,重新设计了实验装置,该实验装置利用PASCO力传感器测向心力的大小,用调速电机来改变金属小球作圆周运动的角速度,并用霍尔传感器测量电机的转速,而金属小球的质量和小球的旋转半径则可以定量改变,由此可定量探究向心力的大小 F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。     

电动向心力定量分析演示仪

针对传统向心力实验仪存在的不足,设计了电动向心力定量分析演示仪.该演示仪通过空心轴电机带动2个小金属球同时做匀速圆周运动,进而探究向心力大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的定量关系.2个小球的质量m、角速度ω和半径r在实验的过程中均同时改变,测得的力为向心力的2倍.该设计使仪器运转更加平稳,测量的数据更精确,操作更方便.     

基于蓝牙技术的向心力探究演示仪

自制了基于蓝牙传输的向心力探究演示仪,通过力学传感器、红外测距传感器和光电门采集小球的质量和其做圆周运动的向心力、线速度、半径及角速度,并将收集到的信号依次通过蓝牙发射到接收器中,并显示出来,进而可以通过控制变量法探究向心力与小球质量、圆周运动半径、角速度的关系,实现了定性验证向心力的公式.     

利用轨迹追踪技术测量重力加速度

由轨迹追踪技术监测小球做匀速圆周运动,从而测量出重力加速度.首先通过直流电机的匀速转动驱动小球运动,利用高速摄像头实时采集小球的相对运动图像,由虚拟仪器实现轨迹追踪、图像分析以及数据可视化处理,从而获取合适的驱动电压让小球做较为严格的匀速圆周运动,得到小球在该运动下的周期和圆锥摆摆角余弦值,即可测得重力加速度.     

对电动向心力定量分析演示仪的改进

针对现有"向心力演示仪"实验的不足,对电动向心力定量分析演示仪进行改进,新仪器保留了电动向心力演示仪的部分元件,改进了转动半径测量和向心力测量装置.通过改变电动机转速、圆周运动半径、金属球质量等参量,该装置可定性演示向心力和定量研究向心力表达式.     

电动向心力公式验证演示仪的改进

对向心力公式验证演示仪进行了改进,改进后的演示仪参照教材上验证向心力的实验方法,改用电机驱动使一质量已知的金属小球在细线带动下沿一水平面作匀速圆周运动,实验时通过更换不同材质的小球改变质量,通过调节细绳的长度或电机转速改变小球旋转半径,通过调节电机工作电压改变小球旋转角速度,利用控制变量法测出F与m、ω、R的对应关系,最后通过实验数据分析推导得出向心力公式F=mω~2R。改进后的实验装置操作方便,测量精度高,值得推广。     

验证向心力公式实验的多种创新方案

高中《物理·必修2》探究圆周运动向心力公式,采用了圆锥摆实验,按教材的实验程序操作该实验比较困难,主要是让摆球进行匀速圆周运动十分不易,一不小心小球便会与接触面间产生弹力,无法满足教材要求的动力学情景,导致实验障碍和测量不精准.借助教材设计的实验原理,可对本实验进行改进创新,使其易操作、易测量、小误差.1改进圆锥摆实验精确验证     

用智能手机App Video Physics研究竖直平面内的圆周运动

本实验用智能手机App Video Physics追踪小球在竖直平面内做圆周运动的情况,研究了不同质量的小球从同一高度静止释放到达最低点的速度关系,研究了从不同高度静止释放小球的速度与运动轨迹之间的关系,计算了小球在圆形轨道上运动时的向心力、角速度,以及当小球与圆形轨道等高静止释放时小球的脱离点速度.     

离心运动轨迹的演示

物理教材中对离心运动的描述有两类:一类是一旦作为向心力的合外力突然消失,物体就沿切线飞去,离圆心越来越远.这可由日常生活中的实例来说明,撑开淋湿的雨伞,让它围绕伞柄旋转,从雨伞边沿甩出的水滴,即沿切线飞出,就是此类运动.另一类是还有合外力,但合外力不足以提供物体做圆周运动的向心力时,物体会逐渐远离圆心运动,其轨迹是一条曲线.对此类离心运动,学生总感到抽象,难以理解接受.若能通过实验演示一下,则大有说服力.下面为此类离心运动轨迹的演示实验.     

利用高速LED秒表与数码相机测量液体黏度

为解决落球法测量液体黏度实验中小球速度v的测不准等问题,制作了高速显示的LED秒表,用数码相机记录小球通过高度h上下两端时标尺上的位置h_1和h_2以及当时LED秒表的示数t_1和t_2,进而计算小球速度v.实验测定了小球在甘油中的终极速度和刚进入甘油时的下落情况.结果表明:该方法不仅测量小球速度v的重复性较好,而且还能用于判定小球是否进入匀速状态.     

向心力,圆锥摆实验器的制作

现行中师《物理学》课本中关于向心力的演示实验,存在操作难、费时长、误差大等问题。为了准确定量地研究向心力公式F=mrω~2(或F=mυ~2/r)和圆锥摆关系式g=lω~2cosθ我们制作了一台向心力、圆锥摆实验器。一、功能 1.对一个质量为m的物体,测得它作水平匀速圆周运动的时间与转数,经计算处理后验证向心力公式F=mrω~2(或F     

匀速圆周运动的小球向心力突变后的轨迹

详细讨论了当向心力突然增大后,原来作匀速圆周运动的小球其运动轨迹的变化情况,证明了小球将作螺线运动.     

用单摆测重力加速度实验的改进

用单摆测重力加速度,是大一学生必做的基本实验之一,该实验原理和操作都很简单,但是在实验中发现存在两个问题:一是学生必须集中精力盯着摆球反复去数周期个数,这样眼睛容易疲劳,少计或多计数的现象不易避免;二是用秒表记时间精确度不高,加之秒表存在超前或滞后现象,因此测量的结果误差较大.如果我们利用实验室现有的仪器设备,对实验装置稍加改进,就能基本解决上述两个问题.     

利用物理仿真实验室研究绳系小球系统在复合场中运动

利用物理仿真实验室模拟了绳系小球系统在复合场中的运动,首先分别将小球从A,C点静止释放,获取了小球的速率与加速度大小随时间的变化关系图,分析原因,总结规律,随后通过不断改变小球静止释放的位置,观察小球的运动轨迹,得出小球做部分圆周运动的条件,最后计算出小球从直线到圆周运动的临界位置以及在该位置所损失的机械能.     

圆周运动两例

圆周运动的鲜明特点是它的运动轨道是圆或圆弧 .物体做圆周运动时 ,它必须受到向心力的作用 .向心力可以是某一个力 ,也可能是合力或分力 .向心力的大小总是等于ｍｖ2 /Ｒ ,而方向总是指向圆心的 ,方向一直在变 ,所以向心力是一个变力 .那么 ,物体在竖直面内做圆周运动过程中 ,     

安培力定量演示装置设计与实验研究

利用单盘天平、磁极、教学用的电表、变阻器等器材自制了安培力定量演示装置.该装置通过单盘天平可计算出安培力,并与电流计所示值及裸导线长度做比较,得出定量的结论.     

开发设计性和创新性大学物理实验的尝试

增加设计性和创新性实验的开设比例, 不仅是大学物理实验课程改革需要, 更是培养大学生创新能力 的必然要求. 本文设计、 搭建了一种基于刚体转动惯量实验仪的液体粘滞系数测量实验装置, 并做了测量举例. 该 装置不仅克服了手动秒表计时误差大的缺点, 而且扩展了测量对象. 本装置的设计、 搭建可由学生利用实验室已有 设备独立完成, 适合开设设计性和创新性大学物理实验     

竖直平面内“ 轻绳模型”的运动规律研究

利用理论研究与“ 仿真物理实验室”实验验证相结合的方法, 研究了竖直平面内的“ 轻绳模型”这一重 要的单轨道模型问题, 分析了小球速度、 加速度图像和规律, 研究得到了小球不能完成完整圆周运动的初速度条件; 小球做完整的竖直平面内圆周运动的初速度条件; 小球沿圆弧“ 轨道”返回的初速度条件; 小球离开圆弧“ 轨道”做 斜抛运动的最低点初速度条件以及斜抛运动的速度大小和方向; 阐述了小球从最低点水平方向出发经圆弧上某点 斜抛运动后能返回初始点的初速度条件; 并给出落点在最低点( 出发点)左右两侧侧圆弧上的初速度条件     

落球法液体粘滞系数实验的改进

针对落球法粘滞系数实验中存在的诸多弊端,如小球释放凭经验、人工秒表计时误差较大等,对传统的粘滞系数实验进行改进,用光电门和数字毫秒计代替人工秒表计时,有效降低了人工秒表计时带来的视差和反应误差;在容器顶部加装中心带磁铁拉杆的盖子,通过磁力控制保证小球沿容器的中心轴线下落,降低了小球下落时间的测量误差。测试结果表明,使用改造后的实验仪能够有效提高实验的测量精度,降低实验误差,提高了仪器设备的使用率,降低了实验成本。