圆周运动 · 控制变量实验
探究向心力的控制变量实验
一根细绳拉着小球转圈时，测力计的示数为什么会变？这页把“只改一个量”的实验思路拆成可以亲手记录的三组数据。
旋转装置示意
m=0.10 kg · r=0.20 m · ω=4.0 rad/s先拨动一个量
这里用于建立直觉；下方的记录表会另行锁定控制变量。
F = m r ω2
- 选定要保持不变的一项，再选一个要改变的量。
- 其余量锁定为基准值，逐组读取稳定后的测力计示数。
- 填表、比较比例，再判断 F 与该变量的关系。
动手记录：只让一个变量改变
控制变量并不是“选一个量不动”就结束了。还有一个未研究的量也必须锁住，否则你看到的读数变化可能来自两种原因。
② 读取并填写实验记录
当前测力计读数
请先点“读取”
| 组别 | 质量 m / kg | 半径 r / m | 角速度 ω / rad·s⁻¹ | 读取 | 记录 F / N |
|---|
提示：每组先读取测力计示数，再把数值填到最后一列。
③ 根据数据选出观察结果
完成记录后，选择最符合数据的关系。
先把三组读数填好。数据不是为了“凑公式”，而是用来排除其他可能。
复盘：
F = m r ω2
在匀速圆周运动中，向心力的大小由质量、半径和角速度共同决定。变量要分清
- 因变量：向心力 F，由测力计读数反映。
- 自变量：本次主动改变的 m、r 或 ω。
- 控制变量：除自变量外，必须保持不变的其他量。
误差提醒
- 读数前等装置稳定，避免把指针摆动时的数值当作读数。
- 绳与转轴的摩擦、测力计零点偏差会使读数有小幅偏离。
- 改变半径时，要重新确认转速；改变角速度时，别让半径跟着滑动。
为什么角速度不能只看“变大了几倍”？
如果质量和半径不变，角速度从 2 rad/s 变为 4 rad/s，看起来是 2 倍；但向心力与 ω 的平方成正比，所以向心力会变为 4 倍。这正是表格中需要把每一组数都记下来的原因。