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2010年论文评比 用圆锥摆验证向心力的实验分析及设计 单位：石家庄市正定第七中学 姓名： 黄彦珍 邮编： 050800 对学生来说亲身体验和生活经验是一种最直接的感知，它能使学生很容易的接受物理知识，也可以帮助学生理解物理概念和原理。学生在日常生活中拥有一定的经验和体验，能够自己做一些物理实验，分析一些物理实验，但是有的时候学生也会产生错误的认识，在实验的过程中会以自己的想象来做实验,所以我们一定要让学生动手亲自去做，亲自去设计才能得到科学的真理，让学生掌握到一定的实验技能和精确计量等方面的知识。 演示不能替代实验室里的效果，所以我把普通高中课程标准实验教科书必修②第五章第七节中的“用圆锥摆验证向心力的表达式”这个实验让学生在实验室做。课本对于该实验的要求并不高（或者可以课堂演示）。所以我们采用了两种方案来让学生做：一、按照课本上的方法。二、使用简单的仪器和一些日常生活中能够找得到的东西自己设计实验。 在进行该实验以前我先让学生预习了课本内容，并给他们留了一个小作业：需要准备什么仪器；除课本上的方法之外还有什么方案可以完成；需要记录什么数据；如何处理数据等。 在做该试验时 ，遇到了一些问题同时也产生了一些思考，下面我就把一些心得给大家说说，见识粗浅，望批评指正。 第一项：按照课本上的思路做 【试验目的】：粗略验证向心力表达式。 【器材】： 铁架台、画着同心圆的白纸、带孔的小球、弹性较小的细尼龙钓鱼丝线、秒表、毫米刻度尺、天平。 【过程】：见课本。 【优点】： 按照该方法简单、易行，很有启发性，我可以用较短的时间先把它演示一遍，学生也能较快的把它做完。且能有效的验证向心力的表达式。 【缺点】：实验的过程中会出现以下几个问题需要指出： 1、不转动时小球可以刚好离开白纸，一旦转起来就距离白纸稍有些远了。 2、用手带动钢球作圆周运动，手与球分离后小球做的不是标准的圆周运动。实际上靠手控制很难做到那么标准。更主要的是要想让小球能够沿着画好的圆做运动，也不容易做到。 3、由于空气阻力的作用，小球转动若干圈后转动的半径不断减小，甚至不再做圆周运动，至于什么形状无法描述，线速度会发生变化。我们计算的线速度并不准确。 4、由于运动的不稳定性，学生在测时间的过程中往往操作好几遍才比较理想。这是课本上第一种方法中存在的一些问题。学生在做的过程中发现了，针对于这些问题，采取的办法是多做几遍，每一遍都注意一个问题，比如说尽量的用手捏住细线靠近悬点的位置使细线转动，当钢球比较稳定的做圆周运动才松开手。尽量控制小球沿着某个圆做圆周运动，尽量记录比较稳定的接近圆周运动时段内的时间。 【效果】：粗略的验证，让学生对公式有个初步认识是比较成功的。 按照课本上第二种方法用公式Fn = mg tanθ来验证 【优点】：该种方法从受力分析的角度来计算向心力。我认为提出这种方法不仅仅是为了验证公式，更是让学习者有了更宽阔的思维空间，知道向心力的来源，在解计算题题目中也是经常用到的思路。且测量的物理量少，计算过程步骤少简单。 【缺点】：仅就试验的验证效果的精确度而言该方法又有不足之处，由于小球运动时距纸面有一定高度，所以它距悬点的竖直高度并不等于纸面距悬点的高度，运动时水平圆轨道的圆心距悬点的竖直高度也不等于绳长加小球半径的长度，这点差别是需要忽略通过估算解决的。再者，由于tanθ = r / h , r不准，h误差也大，tanθ偏差也使比较大的。 【易错点】：学生往往只是把绳长当做竖直高度，而忽略了球半径，我们教师一定要多次提醒强调。 【效果】：加上第一种方法中提到的一些问题，该实验也是比较粗略的验证向心力的表达式。我们在演示或者让学生做这个实验的过程中，建议要总结以上需要注意的问题，让学生弄清楚这样做只能粗略测量，还要让学生注意实验的两种方法的区别和联系。 第二项：自己设计实验： 【器材】： 从粗略验证的角度想，我们还可以采用学生容易找到的东西来做 ：圆珠笔杆或者用硬质的饮料瓶（把底部打孔）、弹簧秤、尼龙绳，大小不等的螺母、天平、装着沙子的娃哈哈饮料瓶（作用防止转动时螺母甩出去，可以随意调节沙子的质量）、毫米刻度尺、秒表。 【准备装置】：用尼龙绳一端拴住小螺母，另一端穿过圆珠笔杆，（或硬质饮料瓶），再连接上弹簧秤并用沙子瓶吊住。 【过程】：让学生转动螺母，感受甩力的大小并观察弹簧秤的示数的变化量。在转动时尽量让螺母在一个水平面内做匀速圆周运动。再换用大个的螺母，重复上述的做法。还用大个的螺母，再改变一下半径r，可以改为2r或1／2的r重复上述的做法。 记录数据：从圆珠笔口到螺母中心的距离r，大、小螺母的质量m，转动的圈数n，及转动该圈数所用的时间t。弹簧秤示数的变化量。要求学生列表格记录。 大、小螺母质量m 距离r 转动圈数n 时间t 弹簧秤示