傅科摆实验报告.docx

班级：电气 112 学号：1108140728 姓名：杨雪飞 大物演示实验报告项目名称： 傅科摆演示实验 实验目的： 通过傅科摆演示，观察和理解地球的自转规律加深对科氏奥利力的理解简单操作：1、将单摆拉开一定角度（不要超过底盘限定的范围），使其在竖直平面内摆动2、调节底盘上的定标尺，使其方向与单摆的摆动方向一致 实验现象： 经过一段时间（大约1-2 小时），单摆的摆动面与定标尺方向的夹角发生变化（大约 10——20 度）原理分析：地球自西向东旋转，其角速度3的方向沿地轴指向北极（Z轴）处于北半球某点的运 动物体速度为u,那么该物体所受的科氏奥利力的表达式为：仁2mvX3.科氏奥利力f的方 向垂直于一个平面，这个平面是由u和？的方向所组成的平面，所以f垂直于u,使u发生 偏转傅科摆的演示直接证明了地球自西向东的自转在地球的两级,傅科摆的摆动平面24小 时转一圈,而在赤道上,傅科摆没有方向旋转的现象；在两极与赤道之间的区域,傅科摆方向 的旋转速度介于两者之间傅科摆在地球的不同地点旋转的速度不同,说明了地球表面不同地 点的线速度不同,因此,傅科摆可以用来确定摆所处的纬度 实验拓展：1851年，法国著名物理学家傅科（foucaul tjeanbernarleon）为验证地球自转进行了一系列 壮观的实验,所用的实验装置被后人称为傅科摆.这也是人类第一次用来验证地球自转的实验装 置•该装置可以显示由于地球自转而产生科氏奥利（coriolis）力的作用效应，也就是傅科摆振动 平面绕铅垂线发生偏转的现象，即傅科效应。

实际上这等同于观察者观察到地球在摆下的自 转傅科摆的摆锤直径0.30m,摆锤质量28kg,摆线长达67m,对于这 样的庞然大物，一般的大学实验室根本无法容纳得下，更不用说在课堂上当堂演示因地球自转角速度极小（3^10-5/s），故傅科摆振动平面偏转周期t$105s•为了达到既能 模拟傅科摆在地球自转影响下产生的傅科效应,同时又可大大缩短演示时间的双重目的,可以设 计一匀角速转动的转盘来模拟地球的自转,然后考虑用置于该非惯性系中单摆的微小振动来近 似傅科摆在地球的南、北两极点的运动由于转盘的转动角速度可任意选定,从而可人为控制摆振动平面的偏转周期但角速度太 大时不便观察,太小时则周期过大使演示时间过长所以应合适的选择转盘角速度篇二：大 学物理演示实验报告实验一 锥体上滚 【实验目的】： 1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象,使学生加深了解在重力场中物体总是 以降低重心,趋于稳定的运动规律2．说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势,同时说明物体势能和动能 的相互转换实验仪器】：锥体上滚演示仪 图1,锥体上滚演示仪【实验原理】： 能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。

本实验中在低端的两根导 轨间距小,锥体停在此处重心被抬高了；相反,在高端两根导轨较为分开,锥体在此处下陷, 重心实际上降低了实验现象仍然符合能量最低原理实验步骤】：2．将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去；3．重复第2 步操作，仔细观察双锥体上滚的情况注意事项】： 1．移动锥体时要轻拿轻放，切勿将锥体掉落在地上 2．锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏实验二 陀螺进动【实验目的】： 演示旋转刚体(车轮)在外力矩作用下的进动实验仪器】：陀螺进动仪图2 陀螺进动仪【实验原理】：陀螺转动起来具有角动量丨，当其倾斜时受到一个垂直纸面向里的重力矩(rXmg)作用根 据角动量原理, 其方向也垂直纸面向里下一时刻的角动量［+△［向斜后方，陀螺将不会倒下,而是作进动实验步骤】： 用力使陀螺快速转动，将其倾斜放在支架上，放手后陀螺不仅绕其自转轴转动，而且自转 轴还会绕支架旋转这就是进动现象注意事项】： 注意保护陀螺，快要停止转动时用手接住,以免掉到地上摔坏实验三 弹性碰撞仪【实验目的】：1. 演示等质量球的弹性碰撞过程，加深对动量原理的理解2. 演示弹性碰撞时能量的最大传递3. 使学生对弹性碰撞过程中的动量、能量变化过程有更清晰的理解。

实验仪器】：弹性碰撞仪图 3，弹性碰撞仪【实验原理】：由动量守恒和能量守恒原理可知：在理想情况下，完全弹性碰撞的物理过程满足动量守恒 和能量守恒当两个等质量刚性球弹性正碰时，它们将交换速度多个小球碰撞时可以进行类 似的分析事实上，由于小球间的碰撞并非理想的弹性碰撞，还是有能量损失的，故最后小球 还是要静止下来实验步骤】： 1．调整固定摆球的螺丝，尽量使摆球的中心处于同一直线上； 2．拉起最左边的一个摆球，释放，让其撞击其它的摆球，可以观察到最右侧的一个球立 即摆起，其振幅几乎等于左边小球的摆幅；3．同时拉起左侧的两个、三个或四个摆球，释放，让其撞击剩余的摆球，可观察到另一 侧相同数目的摆球立即摆起，其摆幅几乎等于被拉起摆球的摆幅注意事项】：1．随时注意保持7 个摆球的球心处于同一直线上； 2．球的摆幅不要太大，否则效果反而不好；4. 不要用力拉球，以免悬线断开实验四 伯努利悬浮球【实验目的】：了解伯努利原理及实验现象【实验仪器】：伯努利悬浮球篇三：傅科摆实验傅科摆实验才旺顿珠、贺闽捐一、傅科简介1819年，让•傅科生于巴黎傅科从小喜欢动手做试验，最初傅科学习的是医学， 后来才转行学习物理学。

1862年，傅科使用旋转镜法成果的测定了光速为289 000km/s， 这是当时相当了不起的成绩，因此他被授予了骑士二级勋章此外，傅科还在实验物理 方面做出了一些贡献例如改进了照相术、拍摄到了钠的吸收光谱（但是解释是由基尔霍 夫做出的）傅科 傅科摆实验的第二年，即1852年，他制造出了回转仪（陀螺仪）--也就是现代航空、军事领域使用的惯性制导装置的前身此外，他还发现了在磁场中的运动圆盘因电磁感 应而产生涡电流，这被命名为傅科电流当然，不能忘记的是傅科摆实验，因为这个非常简单 的演示了地球自转现象的实验，傅科获得了荣誉骑士五级勋章二、历史背景 1616年伽利略接受罗马教廷的审判，当他被迫承认地心说的时候，有人记载说，伽利 略喃喃自语道:可是地球仍然在动啊!伽利略是否说过这句话已经不可靠，按理说后人杜撰的成 分比较大很难想象有人听见了伽利略低声说出的异端言论，并且把它记录了下来，更何况当 时伽利略已经神志不太清醒圣经说大地是不动的;而地球是存在自转和公转那么，一个问 题是，如何观察到地球的运动--比如自转呢?时间回溯到1851年的巴黎在国葬院（法兰西共和国的先贤祠）的大厅里，让•傅科（jean foucaul t）正在进行一项有趣的实验。

傅科在大厅的穹顶上悬挂了 一条67米长的绳索，绳索的下面是一个重达28千克的摆锤摆锤的下方是巨大的 沙盘每当摆锤经过沙盘上方的时候，摆锤上的指针就会在沙盘上面留下运动的轨 迹按照日常生活的经验，这个硕大无比的摆应该在沙盘上面画出唯一一条轨迹国葬院 该实验被评为物理最美实验之一实验开始了，人们惊奇的发现，傅科设置的摆每经过一个周期的震荡，在沙盘上画出的轨 迹都会偏离原来的轨迹（准确地说，在这个直径6米的沙盘边缘，两个轨迹之间相差大约3毫 米）地球真的是在转动啊，有的人不禁发出了这样的感慨截止到2013年，巴黎国葬院中依然保留着150年前傅科摆实验所用的沙盘和标尺不仅 仅是在巴黎，在世界各地你都可以看到傅科摆的身影，例如，你可以在北京天文馆看到一个傅 科摆的复制品三、实验目的为了证明地球在自转，法国物理学家傅科（1819-1868）于1851年做了一次成功的摆动实 验，傅科摆由此而得名实验在法国巴黎先贤祠最高的圆顶下方进行，摆长67米，摆锤重28 公斤，悬挂点经过特殊设计使摩擦减少到最低限度这种摆惯性和动量大，因而基本不受地 球自转影响而自行摆动，并且摆动时间很长在傅科摆试验中，人们看到，摆动过程中摆动平面 沿顺时针方向缓缓转动，摆动方向不断变化。

分析 这种现象，摆在摆动平面方向上并没有受到外力作用，按照惯性定律，摆动的空间方向不会改变，因而可 知，这种摆动方向的变化，是由于观察者所在的地 球沿着逆时针方向转动的结果，地球上的观察者看到 相对运动现象，北京天文馆大厅里就有一个巨大的 傅科摆，时时刻刻提醒人们，地球在自西向东自转 着无论我们认为地球是绕自身轴旋转，或者认为 是恒星绕地球旋转而地球处于静止，这都是无关紧 北京天文馆傅科摆 要的四、实验原理悬挂方法：折叠摆的运动可以超然于地球的自转，但悬挂摆的支架一般却要带动它参与地 球的自转为解决这一问题，傅科采取了一种简单而巧妙的装置-万向节（如图），从而使摆动 平面超然于地球的自转1851 年在巴黎万神殿的圆拱屋顶上悬挂一个长约67米的大单摆，发现在摆的过程中，摆 动平面不断作顺时针方向的偏转，从而证明地球是在不断自转地球自西向东旋转，其角速度的方向沿地轴指向北极（Z轴，如图1所示）处于北半球某点的运动物体速度方向（如图2所示），那么该物体所受的科里奥利力的表达式为：科里奥利力生偏转 的方向垂直于一个平面，这个平面是由和的方向所组成的平面，所以垂直于, 使发傅科的演示直接证明了地球自西向东的自转。

在地球的两极，傅科摆的摆动平面24小时 转一圈，而在赤道上，傅科摆没有方向旋转的现象；在两极与赤道之间的区域，傅科摆方向的 旋转速度介于两者之间傅科摆在地球的不同地点旋转的速度不同，说明了地球表面不同地点 的线速度不同，因此，傅科摆还可以用于确定摆所处的纬度傅科使用了如此巨大的摆是有道理的由于地球转动的比较缓慢（相对摆的周期而言），需 要一个比较长的摆线才能显示出轨迹的差异又因为空气阻力的影响，这个系统必须拥有足够 的机械能（一旦摆开始运动，就不能给它增加能量）所以傅科选择了一个28 千克的铁球作为 摆锤此外，悬挂摆线的地方必须允许摆线在任意方向运动傅科正是因为做到了这三点，才 能成功地演示出地球的自转现象五、历史影响 傅科摆，时时刻刻提醒人们，地球在自西向东自转着无论我们认为地球是绕自身轴旋 转，或者认为是恒星绕地球旋转而地球处于静止，这都是无关紧要的不论是在自然界、生活中、或在军事等领域，科里奥利力在很多方面都扮演者重要的角 色在自然界中：气流涡旋的形成便是空气在向气压中心运动时受到科里奥利力的作用偏离了 直线运动轨迹，从而旋转着向低压中心运动，形成了涡旋而在南北半球，由于受到科里奥利 力作用方向不同，北半球是逆时针的，南半球则相反。

在北半球河流由于受到科里奥利力的作 用也会对右岸产生更强的侵蚀作用在生活中：由于科里奥利力的影响，北半球的双轨铁路由于右侧受到更大的压力，导致右 轨的磨损程度明显大于左轨同样，傅科摆也可以用科里奥利力来解释：傅科摆是科里奥利力 在摆动中的表现 在北半球安置的傅科摆, 在每次摆动时均偏右, 致使摆动平面沿顺时针方 向转动 在南半球则与之相反在军事中：由于竖直方向上的运动也会受到科里奥利力的作用，自由落体的物体落地点会 偏东，而竖直上抛的物体则会偏西因此在炮弹的投掷或发射中应当考虑到这一因素的影响次外，在地质构造运动中，科里奥利力也是有着一定影响的例如：据前人研究，在断层 错动中会产生科里奥利应力而对于断层错动产生的科里奥利法向应力是否会影响到主震地震 矩的释放，目前并没有定论因此这也需要我们这些后继者继续努力，去做进一步的研究，发 现更多的科学奥秘当然，科里奥利力对我们的影响并不仅仅局限于此，在更广阔的领域我们都能看到它的作 用也还有很多人们还不知道的需要我们不断探索研究，。