向心力實驗報告

三~文庫()〔向心力*^^告〕*篇一：向心力研究實驗報告課程名稱：中學(xué)物理實驗研究課程論文題目：向心力研究姓名：黃珊學(xué)號：2014000135所在學(xué)院：教師教育學(xué)院專業(yè)：物理行知班任課教師：王鳳蘭實驗十二向心力研究實驗?zāi)康难芯肯蛐牧εc質(zhì)量，半徑，角速度的關(guān)系實驗器材朗威DISLab數(shù)據(jù)采集器，計算機，DISLab向心力器材等。實驗原理物體做圓周運動時，沿半徑指向圓心方向的外力稱為向心力。向心力的大小與物體的質(zhì)量、角速度的平方、半徑成正比。實驗步驟1、將光電門傳感器和力傳感器分別接入朗威DISLab數(shù)第1頁共17頁據(jù)采集器。2、 按實驗裝置圖把兩傳感器固定在向心力實驗器上，設(shè)置實驗器相關(guān)參數(shù)。3、 將實驗器調(diào)節(jié)為水平，對力傳感器調(diào)零。4、 點擊“開始記錄”，轉(zhuǎn)動實驗器的懸臂，記錄數(shù)據(jù)。5、 保存圖像6、 對圖像進行分析，總結(jié)F與角速度、質(zhì)量之間的關(guān)系。實驗圖像實驗分析1.物體所受到的向心力與角速度的平方成正比；在質(zhì)量一定的情況下，半徑越大，物體所受到的向心力越大。在半徑一定的情況下，質(zhì)量越大，物體所受到的向心力越大。誤差分析在實驗的過程中，存在一定的人為因素和偶然因素，比如：可能會受到摩擦力的影響。實驗總結(jié)物體所受到的向心力與物體的質(zhì)量，角速度，半徑有關(guān)。而且，都成正比。*篇二：向心力教案《向心力》教學(xué)設(shè)計一、教學(xué)目標知識與技能（1） 能結(jié)合實例分析，知道向心力是一種效果力以及方向；（2） 能夠用自己的語言歸納向心力公式的確切含義，并能用來進行簡單的計算；（3）知道變速圓周運動中向心力是合外力的一個分力，能夠描述合外力的作用效果。過程與方法（1）通過對向心力概念的探究體驗，能夠用自己的語言說出其概念；（2）引導(dǎo)學(xué)生進行“實驗”一一“用圓錐擺驗證向心力的表達式”（3） 經(jīng)歷從勻速圓周運動到變速圓周運動再到一般曲線運動的研究過程，領(lǐng)會解決問題從特殊到一般的思維方法。情感、態(tài)度與價值觀實例、實驗緊密聯(lián)系生活，拉近與科學(xué)的距離，感受到科學(xué)就在身邊，發(fā)展自己對學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)興趣。二、 教學(xué)重難點重點：向心力的概念、公式的建立，對公式理解以及相應(yīng)的計算2.難點：分析向心力的來源三、 教學(xué)準備PPT課件、圓錐擺（20組）、DISLab向心力演示器等四、 教學(xué)過程引入取一根細繩，一端系上一小球，另一端固定在一枚釘子上。將釘子定在光滑的板上，如圖所示：師：給小球一個水平方向并垂直于繩的初速度，小球什么運動？生：圓周運動師：小球為什么會做圓周運動？生：受繩子拉力向心力概念的建立對上述模型進行理想化處理(水平面光滑)，對小球受力分析，得出向心力的概念。向心力：物體受到的指向圓心的合力強調(diào)：向心力是按照力的實際作用效果命名的。感受向心力與哪些因素有關(guān)師：你在生活中感受到過向心力嗎？體驗：在一根結(jié)實的細繩的一端拴一個物體，掄動細繩，使小物體做圓周運動(如圖)，依次改變轉(zhuǎn)動的角速度、半徑和小物體的質(zhì)量，拉力如何變化。猜想：向心力可能與哪些因素有關(guān)有關(guān)。生：向心力可能與m、v(w)、r有關(guān)利根據(jù)牛頓第二定律和向心加速度表達式推導(dǎo)出向心力表達式v24?FN?m?mw2r?m2rrT2分組實驗：用圓錐擺粗略驗證向心力表達式2g4?4??2驗證：mgtan??m2r只需驗證：hTT2記錄數(shù)據(jù)：演示實驗：用DIS向心力實驗器研究向心力與半徑、角速度、質(zhì)量間的關(guān)系(1)介紹DISLab向心力實驗器及其工作原理我們現(xiàn)在研究的是這個小砝碼做圓周運動的向心力和半徑r、質(zhì)量m、角速度w的關(guān)系。把它穿在水平連桿上，這是一個懸臂，用手推動懸臂轉(zhuǎn)動起來，砝碼也就在水平面內(nèi)做起了圓周運動。質(zhì)量m是已知的，半徑通過懸臂上的刻度讀出，水平連桿對砝碼的拉力的測量是通過力傳感器測量的，垂直連桿的與力傳感器相連，另一端掛在懸臂中心的等臂杠桿上，轉(zhuǎn)動懸臂，水平連桿應(yīng)牽拉等臂杠桿并將作用力傳至垂直連桿通過力傳感器測出其大小。光電門傳感器來測量擋光桿的擋光時間，進而求出角速度。運用控制變量法研究『與皿「以及3之間的關(guān)系。（2）實驗演示：將光電門傳感器和力傳感器固定在朗威DISLab向心力實驗器上，光電門傳感器接入數(shù)據(jù)采集器第一通道，力傳感器接入第二通道。點擊教材專用軟件主界面上的實驗條目“向心力研究”，打開該軟件。3.將擋光桿的直徑（擋光寬度）、擋光桿到旋臂軸心的距離、第一次實驗時砝碼的運動半徑（砝碼重心到旋臂軸心的距離）和砝碼質(zhì)量輸入表格相應(yīng)位置。點擊“開始記錄”，保持旋臂靜止不動，對傳感器進行軟件“調(diào)零”。撥動旋臂使之做圓周運動，擋光桿每次通過光電門傳感器，系統(tǒng)自動記錄下砝碼的向心力值F并計算出此時的角速度3。隨著旋臂轉(zhuǎn)速逐漸減慢，軟件窗口上方的坐標系內(nèi)將顯示自右上方至左下方分布的一組F-3數(shù)據(jù)點。點擊“停止記錄”，對數(shù)據(jù)點進行分析。分別點擊“一次擬合”、“二次擬合”，得出兩條擬合圖線。觀察可見，二次擬合圖線與數(shù)據(jù)點的分布非常接近，可推斷F-3之間是二次方關(guān)系。點擊“F-32圖像”，對數(shù)據(jù)點進行“一次擬合”，得到擬合曲線，觀察曲線后可推斷F-32之間是正比例關(guān)系。保持砝碼的質(zhì)量不變，改變其運動半徑，重復(fù)實驗，得出幾組F-3數(shù)據(jù)點。對曲線進行“選擇F值”，點擊“F-r圖像”得到擬合曲線。觀察曲線后可推斷F-r之間是正比例關(guān)系。保持砝碼的運動半徑不變，改變其質(zhì)量，重復(fù)實驗，得出幾組F-3數(shù)據(jù)點。對曲線進行“選擇F值”，點擊“F-m圖像”得到擬合曲線。觀察曲線后可推斷F-m之間是正比例關(guān)系。根據(jù)實驗結(jié)果，分析向心力『與半徑r、角速度3和質(zhì)量m的關(guān)系。變速圓周運動和一般曲線運動對鏈球運動慢動作進行觀察，鏈子對球的拉力不是指向圓心，而是與速度夾角小于90度，引導(dǎo)學(xué)生將力分解為Ft、Fn，總結(jié)各自作用。變速圓周運動不是合外力提供向心力，而是其中一部分提供向心力。這反過來恰好解釋前面的勻速圓周運動為什么合外力提供向心力。v2勻速圓周運動F?m,v、r大小不變；變速圓周運動，v變化，r不變，一般曲線運動如r何處理呢？引導(dǎo)學(xué)生思考，v、r變還是不變，然后運用極限分割思想，將一般曲線分割為很多小圓弧，每段曲率半徑r不同，v也不同。每段小圓弧對應(yīng)的r和v，代入勻速圓周運動的向心加速度和向心力的公式即為此段的描述，這便是一般曲線運動的處理方法。本節(jié)課小結(jié)本節(jié)課我們提出了向心力的概念，并根據(jù)牛頓第二定律和向心力表達式推導(dǎo)出了向心力表達式，并用圓錐擺和DIS傳感器裝置分別驗證了向心力的表達式。最后我們又了解了做變速圓周運動的物體的受力特點以及提出了對于一般曲線運動的處理方法。五、板書設(shè)計猜想：Fn與v（3）、r、m有關(guān)v22a4?N?r?w2r?T2rFN?maNv24?2FN?mr?mw2r?mT2r2驗證：mgtan??m4?T2r只需驗證：g2h?4?T2*篇三：物理實驗報告大學(xué)物理實驗報告指導(dǎo)老師：姓名：學(xué)號：學(xué)院：班級：重力加速度的測定一、實驗任務(wù)精確測定銀川地區(qū)的重力加速度二、實驗要求測量結(jié)果的相對不確定度不超過5%三、物理模型的建立及比較初步確定有以下六種模型方案：方法一、用打點計時器測量所用儀器為：打點計時器、直尺、帶錢夾的鐵架臺、紙帶、夾子、重物、學(xué)生電源等.利用自由落體原理使重物做自由落體運動.選擇理想紙帶，找出起始點0，數(shù)出時間為t的P點，用米尺測出OP的距離為h,其中t=0.02秒X兩點間隔數(shù).由公式h=gt2/2得g=2h/t2,將所測代入即可求得g?方法二、用滴水法測重力加速度調(diào)節(jié)水龍頭閥門，使水滴按相等時間滴下，用秒表測出n個（n取50—100）水滴所用時間t，則每兩水滴相隔時間為t，=t/n，用米尺測出水滴下落距離h，由公式h=gt，2/2可得g=2hn2/t2.方法三、取半徑為R的玻璃杯，內(nèi)裝適當?shù)囊后w，固定在旋轉(zhuǎn)臺上.旋轉(zhuǎn)臺繞其對稱軸以角速度3勻速旋轉(zhuǎn)，這時液體相對于玻璃杯的形狀為旋轉(zhuǎn)拋物面重力加速度的計算公式推導(dǎo)如下：取液面上任一液元A，它距轉(zhuǎn)軸為x，質(zhì)量為m，受重力mg、彈力N.由動力學(xué)知：Ncosa-mg=0(1)Nsina=m^2x(2)兩式相比得tga=32x/g,又tga二dy/dx,「?dy=32xdx/g,?.?y/x=32x/2g...?g=32x2/2y..將某點對于對稱軸和垂直于對稱軸最低點的直角坐標系的坐標x、y測出，將轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速3代入即可求得g.方法四、光電控制計時法調(diào)節(jié)水龍頭閥門，使水滴按相等時間滴下，用秒表測出n個（n取50—100）水滴所用時間t,則每兩水滴相隔時間為『二t/n，用米尺測出水滴下落距離h,由公式h=gt,2/2可得g=2hn2/t2.方法五、用圓錐擺測量所用儀器為：米尺、秒表、單擺.使單擺的擺錘在水平面內(nèi)作勻速圓周運動，用直尺測量出h,用秒表測出擺錐n轉(zhuǎn)所用的時間t，則擺錐角速度3=2nn/t擺錐作勻速圓周運動的向心力F=mgtg9，而tg9=r/h所以mgtg0=mw2r由以上幾式得:g=4n2n2h/t2.將所測的n、t、h代入即可求得g值.方法六、單擺法測量重力加速度在擺角很小時，擺動周期為：則通過對以上六種方法的比較，本想嘗試利用光電控制計時法來測量，但因為實驗室器材不全，故該方法無法進行；對其他幾種方法反復(fù)比較，用單擺法測量重力加速度原理、方法都比較簡單且最熟悉，儀器在實驗室也很齊全，故利用該方法來測最為順利，從而可以得到更為精確的值。四、采用模型六利用單擺法測量重力加速度摘要：重力加速度是物理學(xué)中一個重要參量。地球上各個地區(qū)重力加速度的數(shù)值，隨該地區(qū)的地理緯度和相對海平面的高度而稍有差異。一般說，在赤道附近重力加速度值最小，越靠近南北兩極，重力加速度的值越大，最大值與最小值之差約為1/300。研究重力加速度的分布情況，在地球物理學(xué)中具有重要意義。利用專門儀器，仔細測繪各地區(qū)重力加速度的分布情況，還可以對地下資源進行探測。伽利略在比薩大教堂內(nèi)觀察一個圣燈的緩慢擺動，用他的脈搏跳動作為計時器計算圣燈擺動的時間，他發(fā)現(xiàn)連續(xù)擺動的圣燈，其每次擺動的時間間隔是相等的，與圣燈擺動的幅度無關(guān)，并進一步用實驗證實了觀察的結(jié)果，為單擺作為計時裝置奠定了基礎(chǔ)。這就是單擺的等時性原理。應(yīng)用單擺來測量重力加速度簡單方便，因為單擺的振動周期是決定于振動系統(tǒng)本身的性質(zhì)，即決定于重力加速度g和擺長L，只需要量出擺長，并測定擺動的周期，就可以算出g值。實驗器材：單擺裝置（自由落體測定儀），鋼卷尺，游標卡尺、電腦通用計數(shù)器、光電門、單擺線實驗原理：單擺是由一根不能伸長的輕質(zhì)細線和懸在此線下端體積很小的重球所構(gòu)成。在擺長遠大于球的直徑，擺錐質(zhì)量遠大于線的質(zhì)量的條件下，將懸掛的小球自平衡位置拉至一邊（很小距離，擺角小于5°），然后釋放，擺錐即在平衡位置左右作周期性的往返擺動。f=Psin0f0T=Pcos0P=mgL擺錐所受的力f是重力和繩子張力的合力，f指向平衡位置。當擺角很小時(。5。)，圓弧可近似地看成直線，f也可近似地看作沿著這一直線。設(shè)擺長為L,小球位移為x,質(zhì)量為m,則sin9=f=psin。=-mg=-mx(2-1)由f=ma，可知a=-x式中負號表示f與位移x方向相反。單擺在擺角很小時的運動，可近似為簡諧振動，比較諧振動公式：a==-32x可得3二于是得單擺運動周期為：T=2n/3=2n(2-2)T2=L(2-3)或g=4n2(2-4)利用單擺實驗測重力加速度時，一般采用某一個固定擺長L，在多次精密地測量出單擺的周期T后，代入(2-4)式，即可求得當?shù)氐闹亓铀俣萭o由式(2-3)可知，T2和L之間具有線性關(guān)系，為其斜率，如對于各種不同的擺長測出各自對應(yīng)的周期，則可利用T2—L圖線的斜率求出重力加速度go試驗條件及誤差分析：上述單擺測量g的方法依據(jù)的公式是(2-2)式，這個公式的成立是有條件的，否則將使測量產(chǎn)生如下系統(tǒng)誤差：1.單擺的擺動周期與擺角的關(guān)系，可通過測量95。時兩次不同擺角91、92的周期值進行比較。在本實驗的測量精度范圍內(nèi)，驗證出單擺的T與9無關(guān)。實際上，單擺的周期T隨擺角9增加而增加。根據(jù)振動理論，周期不僅與擺長L有關(guān)，而且與擺動的角振幅有關(guān)，其公式為：T=T0[1+（）2sin2+（）2sin2+……]式中丁0為。接近于0o時的周期，即T0=2n2.懸線質(zhì)量m0應(yīng)遠小于擺錐的質(zhì)量m，擺錐的半徑r應(yīng)遠小于擺長L，實際上任何一個單擺都不是理想的，由理論可以證明，此時考慮上述因素的影響，其擺動周期為：3.如果考慮空氣的浮力，則周期應(yīng)為：式中T0是同一單擺在真空中的擺動周期，P空氣是空氣的密度，P擺錐是擺錐的密度，由上式可知單擺周期并非與擺錐材料無關(guān)，當擺錐密度很小時影響較大。4.忽略了空氣的粘滯阻力及其他因素引起的摩擦力。實際上單擺擺動時，由于存在這些摩擦阻力，使單擺不是作簡諧振動而是作阻尼振動，使周期增大。上述四種因素帶來的誤差都是系統(tǒng)誤差，均來自理論公式所要求的條件在實驗中未能很好地滿足，因此屬于理論方法誤差。此外，使用的儀器如千分尺、米尺也會帶來儀器誤差。實驗步驟1?儀器調(diào)整：本實驗是在自由落體測定儀上進行，故需要把自由落體測定儀的支柱調(diào)成鉛直。調(diào)整方法是：安裝好擺錘后，調(diào)節(jié)底座上的水平調(diào)節(jié)螺絲，使擺線與立柱平行。2.測量擺長L測量擺線支點與擺錐（因?qū)嶒炇覠o擺球，用擺錐代替）質(zhì)心之間的距離L。由于擺錐質(zhì)心位置難找，可用米尺測懸點到擺錐最低點的距離L1，（測六次），用千分尺測擺錐的直徑d，（測六次），則擺長：L=L1-d/23.測量擺動周期T使擺錐擺動幅度在允許范圍內(nèi)，測量擺錐往返擺動50次所需時間t50，重復(fù)測量6次，求出T=。測量時，選擇擺錐通過最低點時開始計時，最后計算時單位統(tǒng)一為秒。4.將所測數(shù)據(jù)列于表中，并計算出擺長、周期及重力加速度。5.實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)記錄及處理(1)試驗數(shù)據(jù)記錄儀器誤差限:游標卡尺小m=0.02mm,米尺△m=1mm，電腦通用計數(shù)器△m=0.0001ms。次數(shù)L1(cm)擺錐高度d(cm)擺長L=L1-d/2(cm)50個周期t50(s)周期T(s)重力加速度g(cm/s)1101.232.786863146100.24259.808159X102101.252.782100.21293101.282.78422100.30584101.252.782100.24025101.272.786100.18646101.242.784100.1953平均252.784100.2425(2)實驗數(shù)據(jù)處理計算不確定度u(d),u(L1),u(T);;;;對g=4n2根據(jù)合成不確定度的表達式有：其中：二因此得9.808159X102X0.0289%=0.28367cm/s2重力加速度的最后結(jié)果為g=(9.808159X102+0.002)cm/s2(p=68.3%)E(g)=0.0289%實驗注意事項：1、擺長的測定中，擺長約為1米，鋼卷尺與懸線盡量平行，盡量接近