改进型向心力实验器验证向心力公式

【目的和要求】

　　通过实验了解做圆周运动的物体所需要的向心力F与其质量m、转动半径R和转动角速度ω的关系，对向心力公式F＝mω²R进行实验验证。

【仪器和器材】

　　改进型向心力实验器，游标卡尺，学生天平（J0104型），测力计（J2104型），停表。

【实验方法】

　　1．首先利用水准泡和底座上的两个螺钉进行调节，使仪器底座置于水平位置。

　　2．将圆柱体和金属套环从仪器上取下，用天平分别称量它们的质量。圆柱体（包括圆柱体、拉构和拉钩固定螺钉）质量为200克，金属套环质量为100克。

　　3．安装好圆柱体后选取半径并调节横杆平衡。

　　（1）松开横杆紧固螺钉，可以左右移动横杆，横杆紧固螺钉上的顶尖至摆杆轴上顶尖的距离，就是圆柱体做圆周运动的半径，选定半径后，旋紧横杆紧固螺钉。

　　（2）半径确定后，按下定位锥套观察横杆是否平衡，若不平衡，可移动配重进行调节，直至定位套筒内圆与立柱外圆间隙均匀，即可视为横杆平衡。然后将锥套住上顶进套筒。

　　4．根据欲测的圆周运动转速的大小，适当调节弹簧的松紧程度。松开拉钩固定螺钉，左右移动拉钩即可调节弹簧松紧，弹簧松紧程度起码要使指针指向红色区域上方。弹簧越紧欲使圆柱体转动时指针指向红色区域的转速就越大，反之，弹簧松则欲使圆柱体转动时指针指向红色区域的转速就小。调整时应注意不能使弹簧处于松弛的自由状态，否则弹簧将失去提供所需向心力的作用。

　　5．用手指捻动旋转体，使横杆均匀地转动，圆柱体也随着不停地做圆周运动。开始转动时转速较快，指针指向低于红色区域。由于仪器自身的阻力作用，转速逐渐减慢，当指针进入红色区域时，启动停表开始记时，同时记转动圈数。当指针上升到将离开红色区域时，停止计时和计数。设转动圈数为n，时间为t，那么圆柱体做匀速圆周运动的周期即为T＝t／n。实验时也可以用手不断地捻动旋转体，使指针始终指向红色区域中的白线来测转速。

　　6．停止转动后，用游标卡尺测量圆柱体做圆周运动的半径R（即横杆紧固螺钉顶尖至摆杆顶尖的距离）。

　　7．松开横杆紧固螺钉，移动横杆以改变半径R，或装卸金属套环来改变研究对象的质量m，再按上述方法进行第二、第三次实验，并分别记录实验的有关数据。

　　8．每次实验完毕停止转动后，都用测力计钩住圆柱体外侧的拉钩，将圆柱体沿水平方向拉至指针杆处于红色区域中的白线位置上，记录测力计的读数。为了准确起见，让圆柱体在左右对称的两个位置各测一次，取平均值。这时测得的拉力F′＝1／2（F_左＋F_右），就是圆柱体m做半径为R的圆周运动所需的向心力F′值。再将理论值F和实测得到的F′值比较，若误差在允许范围之内，即可验证向心力公式。

【注意事项】

　　1．实验前应注意底座水平的调节，调不好将直接影响实验效果。

　　2．各个固定螺钉要紧固，防止在实验中圆柱体的配重松动。

　　3．摆杆和装在摆杆上的指针等附件做圆周运动的向心力，本仪器在设计上已消除，实验时可不予考虑。

　　4．实验操作时，捻动旋转作用力不可过猛，防止损坏仪器和发生意外事故。