張通禮

人教版《向心力》這節(jié)課是從動力學(xué)的角度研究勻速網(wǎng)周運動的，這部分知識是必修二第五章的重點和難點，也是學(xué)好圓周運動的關(guān)鍵點.教材直接應(yīng)用牛頓第二定律定義向心力的概念，得出向心力的表達式，然后再通過驗證性實驗增加了我們對向心力的感性認識.學(xué)好向心力，可以為下一章萬有引力與航天和高二的帶電粒子在勻強磁場中的運動及高三復(fù)習(xí)中解決網(wǎng)周運動的綜合問題奠定基礎(chǔ).尤為重要的是，圓周運動在生活和生產(chǎn)中都有重要的意義.通過學(xué)習(xí)，可以科學(xué)的解釋日常生活中的圓周運動現(xiàn)象.

2015年3月世界花樣滑冰錦標(biāo)賽在上海開幕，精彩絕倫的表演讓觀者嘆為觀止.不知道是不是由于選手的動作，激發(fā)了編者的靈感，在驗證向心力的實驗中教材也采用了網(wǎng)錐擺的裝置.

具體實驗過程如下：細線一端連接鋼球，另一端固定在鐵架臺上.設(shè)法使鋼球做圓錐擺，通過其正下方的畫有幾個同心網(wǎng)的白紙，測出球勻速圓周運動的半徑.用秒表記錄鋼球運動5圈（圈數(shù)太多，控制困難）的時間，算出其運動的周期，再用天平測出球的質(zhì)量，測出小球距懸點的豎直高度，算出其與豎直方向夾角的正切值.最后，驗證理論上指向圓心的向心力mgtanθ與m（2π/T）?是否相等并能進一步求出向心力的大小.

這個實驗可以采取分組形式展開，但是在實際教學(xué)中很少讓我們學(xué)生做這個實驗，基本上都是講述，原因就是這個實驗雖然簡單，但不好操作，過程復(fù)雜，很難讓鋼球作圓錐擺，從而得到的實驗數(shù)據(jù)也不理想.為充分體現(xiàn)本實驗既能拉近科學(xué)與我們的距離，對科學(xué)產(chǎn)生親近感的優(yōu)點，又能便于操作特對實驗進行以下創(chuàng)新.

一、實驗微調(diào)

1.在擺球下鋪平并固定畫同心網(wǎng)的A4紙，保證紙張不輕易移動.調(diào)整擺球與同心圓的中心點豎直對齊，同時調(diào)整擺球高度以剛離開紙面幾毫米左右為宜.

2.將塑料透明圓淺盤放在白紙上，擺球放人淺盤中，同時再一次檢查擺球與中心位置是否對齊，不對齊，及時調(diào)整.雙手抓住淺盤，以同心園的圓心為中心在紙面上方做圓周運動，保證小球在淺盤內(nèi)壁跟著一起做圓周運動，適當(dāng)加快速度，等小球可以很好的貼著內(nèi)壁做網(wǎng)周運動的時候，將淺盤輕輕放下，并且保證圓筒與紙上的圓同心.這時小球就在網(wǎng)筒內(nèi)做無摩擦的圓周運動了，這樣就得到我們需要的圓錐擺了.

3.除此之外，我們還可以不用同心網(wǎng)紙，在鐵架臺下方安裝刻度尺.用中空的淺盤控制小球做網(wǎng)錐擺運動，之后從上方移走淺盤，讓小球轉(zhuǎn)起來，測量應(yīng)該更準(zhǔn)確.下面大家就動起來，反復(fù)練習(xí)，感受實驗的魅力吧.

二、實驗創(chuàng)新1

向心力是一種讓我們感到陌生的力，而我們高一學(xué)生的抽象思維能力和邏輯推理還不是很強，所以只有在教學(xué)中通過實例、實驗，才能使我們對向心力的認識從感性認識升華到理性認識.因此設(shè)計如圖4的裝置粗略感受向心力、驗證向心力的表達式.

彈簧測力計粗測向心力的大小，一端與能計數(shù)的跳繩相連，另一端固定一個重物，用手掄起重物，控制讓其做勻速網(wǎng)周運動，速度適當(dāng)大一些，不超過測力計的量程即可.我們一起數(shù)20圈左右，用秒表記下所用的時間，然后進行計算.驗證F的大小與的關(guān)系，加深對向心力表達式的理解.

三、實驗創(chuàng)新2

教室內(nèi)一般都有電風(fēng)扇，可以利用它進行大型驗證向心力表達式的實驗.將木頭量角器從圓心處沿半徑方向切割出一窄縫，使能恰好插入電風(fēng)扇的葉片.細繩的一端固定在量角器的網(wǎng)心，另一端固定鐵鎖或鋼球等重物.測量量角器圓心到電風(fēng)扇轉(zhuǎn)軸中心的距離為L1，從量角器的圓心到重物中心的距離為L2，繩與豎直方向的夾角為θ.緩慢調(diào)節(jié)風(fēng)扇的調(diào)速旋鈕，使繩與豎直方向約成30°夾角，以圓錐擺運動某處為計圈數(shù)的起點數(shù)圈數(shù)，同時按下秒表計時，算出圓周運動的周期T.查驗重力與繩力水平方向的合力即向心力mgtan θ與實驗測得是否相等.該實驗方案可視性強，易于操作測量，能充分點燃我們學(xué)生參與實驗、探究實驗的熱情.當(dāng)然，實驗時一定要注意安全吆.

向心力是作用效果命名的，它可以是某一個力、或幾個力的合力、還可以是某種力的分力，它是一個等效力，相對較抽象、難以理解.通過以上與圓錐擺有關(guān)實驗創(chuàng)新，實時操作、計算，我們漸漸明白：其實向心力的概念很簡單，向心力只是一個我們?yōu)榱撕梅Q號、好理解始終指向同心的合力的另一個名稱.