用B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】

　　向心力实验器（B型），学生天平（J0104型），测力计（J2104型），游标卡尺，刻度尺，停表。

　　B型向心力实验器的构造如图2．24－1所示。

【实验方法】

　　1．检查和调整仪器。

　　把向心力实验器按图2．24－1安装之后应做如下检查和调整：

　　（1）将弹簧与圆柱体分离，圆柱体在横杆上应能灵活滑动。

　　（2）检查横杆上的防脱螺母应该安全可靠，以防圆柱体或配重在旋转时从横杆上飞出。

　　（3）用手捻动捻轴，转动轴的转动应灵活。

　　（4）半径指示板位于不同位置时，圆柱体的凸柱均应能刮碰到发声片，两个发声片发出的声音应不同。

　　（5）转动横杆，让眼睛与横杆等高，分别从互相垂直的两个方向观察横杆，横杆应在水平面内转动。如果横杆转动时忽上忽下，则圆柱体在运动中受到的向心力就不只是弹簧的弹力。

　　2．设定实验状态

　　（1）移动半径指示板，其两片发声片间的间隔至移动轴轴心的距离则是我们设定的转动半径。根据半径的大小移动配重，使横杆转动时实验器能保持平稳。

　　（2）移动弹簧调节杆，设定使圆柱体在预定半径上做圆周运动的向心力。

　　（3）上紧C形夹。

　　3．测量转动速度

　　不断捻动转动轴，可听到凸柱刮碰发声片发出的声音。改变转动轴速度，使凸柱刚从两片发声片的间隔中通过。控制转动轴的速度，使凸柱连续在发声片的间隙中通过，可以认为圆柱体这时是在预定半径上做匀速圆周运动。用停表计时，测出圆柱体转动若干圈的时间。

　　4．测量转动半径

　　分别用游标卡尺测出转动轴的直径r和发声片的间隙宽度d，再用刻度尺测出转动轴内表面到发声片间隙里侧间的距离L，计算出转动半径。

　　5．测量向心力

　　用测力计沿横杆方向向外拉动圆柱体，直到其凸柱位于发声片间隙的中央。这时测力计的示值等于圆柱体做圆周运动时向心力的大小。

　　6．测量圆柱体的质量

　　用学生天平测出圆柱体的质量。把以上的测量值记入下表。

　　7．分别改变圆柱体的质量m、转动半径R、转动角速度ω和向心力F的大小进行实验。

　　8．用公式F′＝mω²R计算出向心力计算值F′，把F′与向心力实测值F进行比较。计算出相对误差δ＝（（F′-F）/F）×100%。如果δ在允许误差范围内，则可证明向心力公式成立。

【注意事项】

　　1．测转速启动停表时圈数应记为零，待横杆转过1圈再记下1。

　　2．向心力的设定不宜过大和过小。过大会损坏弹簧，过小测量误差增大。一般取2－4牛即可。

　　3．测转速时，若凸柱偶然碰一下发声片，对实验误差影响不大（因一般是测出10－15圈的时间求出平均速度的），不必重新计时。若连续碰刮同一发声片则说明这段时间转速过高或过低须重新开始做实验。