离心加速度——旋转中的手机实验

实验思路

把手机放进一个塑料沙拉脱水器（或者自己用绳子做一个简易秋千），然后旋转脱水器。陀螺仪测出旋转的角速度 ω，加速度计测出对应的离心加速度 a——两者应该满足：

a = ω² × r

其中 r 是手机到旋转中心的距离。

这是探究角运动与线运动转换的经典实验——很多学生理解向心力公式时会觉得抽象，用手机实际测量一轮就清楚了。

操作步骤

1. 准备装置：一个手动沙拉脱水器，手机能放进桶里
2. 测量半径：量手机中心到脱水器转轴的距离 r（厘米）
3. 打开实验：进入"离心加速度（Centrifugal acceleration）"实验
4. 手动旋转：匀速转动脱水器手柄
5. 同步记录：旋转的同时点 phyphox 的开始按钮
6. 读取结果：phyphox 同时显示角速度（来自陀螺仪）和离心加速度（来自加速度计）

数据验证

从角速度曲线的平均值 ω 计算理论加速度 a = ω² × r，然后和加速度计实际测得的值对比。两者应该在误差范围内一致——这就验证了向心力公式。

如果偏差较大，可能的原因：

• 手机没有固定好，在旋转中相对桶身移动（r 变化了）
• 旋转不是匀速的，角速度波动
• 手机陀螺仪需要校准

没有脱水器怎么办

找一根结实的绳子，一端拴住手机，另一端握在手里，让手机在水平面内做圆周运动。效果和脱水器一样，只是半径是手到手机的距离，需要用量角器或目测估算。

趣味扩展

• 过山车体验：去游乐园坐过山车，把 phyphox 打开记录整个过程——你会在加速度曲线上清楚看到爬升、俯冲、转弯各段的加速度特征
• 洗衣机观察：如果你能打开滚筒洗衣机的门（断电状态！），把手机用胶带固定在滚筒壁上，开机运行——转速约 1200 rpm，离心加速度可达几百个 g！注意安全，实验后记得清理胶带残留物