宁夏育才中学(750021) 苗 芳

圆锥摆运动是一种简单而典型的圆周运动，在高一圆周运动教学中有着非常重要的作用。人教版高中物理必修二第5章第6节“向心力”一课中，向心力表达式由理论推导得出，教材设计验证实验——用圆锥摆粗略验证向心力表达式，由于使小球沿某一圆周匀速圆周运动存在很大的操作误差。导致后续的圆周运动半径、周期以及球运动时偏离悬点的高度都有较大的测量误差。虽然此实验定性为“粗略”验证，但若由受力分析和向心力表达式求得的向心力大小相差较大，那么做此实验就会适得其反。笔者自制了一种电动圆锥摆可实现对向心力表达式的精确验证。

1 电动圆锥摆自制实验教具介绍

1.1 教具结构

图1 自制电动圆锥摆

如图1所示，教具的核心部件是转速恒定(n=60 r/min)的、带动竖直面内的亚克力板夹匀速转动的小电动机，板夹是由2块透明的、间距略大于摆球直径的亚克力板平行对称地固定在转轴两侧组成，摆球通过细线悬挂在板夹间的横梁螺丝上。转轴两侧安装2个摆长不同的摆球，可以通过一次操作，获得2套验证数据。摆球在随板匀速圆周运动的过程中，板会及时补给小球因空气阻力而损失的能量，所以会听到微小的撞击声。摆球稳定运动时的偏离位置可在与其同轴转动的透明亚克力板上用与球同半径的薄圆片进行标识。

1.2 验证原理

摆球在水平面内做匀速圆周运动时，所受重力和细线拉力的合力提供向心力，由受力分析可得Fn=mgtanθ，若在误差允许的范围内由两种方法求的向心力大小相同，即可验证Fn=mω2r的正确性。……