6.科里奥利力演示仪
傅科摆模拟演示装置的研制
物理实验傅科摆模拟演示装置的研制梁志强1)唐委校2)齐鲁祥1)( 1) 泰安师范专科学校物理系 ,山东泰安 271000 ;2) 山东工业大学化工系 ,山东济南 250014) ①摘 要 介绍一种傅科摆模拟演示装置. 该装置具有体积小 、操作方便 、演示效果显著 、演示时间短 、摆振动平 面的偏转周期可人为控制以及对摆锤的运动轨迹可作永久记录等优点.关键词 分类号 傅科摆 ;模拟演示 ;转盘 O 313造为适宜于实验室演示的较小型化结构 F KB - 1 型傅 科摆问世8 . 但其体积仍较大 ,不易搬动 , 特别是对上 述第二个困难没有克服 ,故仍无法当堂向学生展示傅 科摆运动的全部过程. 为此我们研究并制作了如图 1 所示傅科摆模拟装置 ,该仪器不仅具有体积小 、结构简 单等诸多优点 ,而且还因为该仪器可将摆锤的运动轨 迹记录在实验纸张上以便观察与分析 ,更重要的是该 仪器将演示时间大大缩短 ,使得在课堂上演示傅科摆 的振动全过程成为现实.1 前言1851 年 , 法 国 著 名 物 理 学 家 傅 科 ( Fo ucault J e an Ber nar L e o n ) 为验证地球自转进行了一系列壮观的实验1 ,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里奥利( C o riolis ) 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2 ,3 . 实际上这等同 于观察者观察到地球在摆下的自转.尽管后来又有一些可以验证地球自转的实验装2 实验原理问世 ,但都由于实验效果对外界干扰敏感5 ～7不 置4 ,5 因地球自转角速度极小 (ω≈10 - 5 s - 1) ,故傅科摆振动 平面 偏 转 周 期 T ≥105 s. 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 ,我们设 易实现而次于傅科摆. 傅 科 摆 的 摆 锤 直 径0 . 30 m ,摆锤质量 28 kg ,摆 线长达 67 m ,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了. 另 外还 由 于 摆 平 面 偏 转 周 期图 2为3 T = 2π/ ωsin λ ≥105 s ,计 了 一 匀 角 速 转因此 学 生 难 以 在 课 堂 上 甚至在 实 验 室 观 察 到 傅 科 摆动的转盘来模拟地球的自转. 选择坐标系如图 2 所示固定 在转盘上 ,现考虑置于该非惯性系中单摆的小振动.- ω2生偏转,从而达到模拟傅科摆运动的目的. 由于转盘的转动角速度可任意选定,从而由式( 5) 知可人为控制摆振动平面的委偏校转周期T′.但角速度太大时不便观察,太小时则T′过大使演示时间过长, 我们选定的角速度7月年x - 2ωy= 0¨x( 1)¨y- ω2y + 2ωx= 0( 2)其中L 为重力加速度,ω为转盘转动角速度. 由式(1) 、( 2) 可得- 1为ω= 0 .2 s ,因而T′= 30 s ,选定的单摆的摆线线长为L = 0 .6 m ,从而使得仪器高度可限制在1 m 以内.为了使模拟傅科摆的运动轨迹可永久性记录下来以便于观察与分析,我们利用高压脉冲发生器输出的上万伏脉冲高压产生电火花将摆锤的运动轨迹显示于实验纸张上(如图4 所X¨+ p2 X + 2iωX= 0 ( 3)g - ω2其中p2 = , X = x + i y , i = ( - 1) 1/ 2 . 可以证L明,当p2 > 0 时, 摆球做周期为T = 2πL / g的谐振动, 同时摆的振动平面以周期T′= 2π/ ω( 4)( 5)绕z 轴不断偏转. 傅科摆在地球的南、北两极点的运动即为此类周期运动.313 实验装置我们研制的傅科摆模拟装置所模拟的就是傅科摆在地球两极点的运动状况, 其结构框图如图3 所示, 它由变压器1 、微型电动机2 、高压脉冲发生器3 、减速器4 、转盘5 、单摆6 等部件构成.图4示) .必须注意的是,操作过程中应提防脉冲高压,以免电击伤.4参考文献1 阿西摩夫Ⅰ. 古今科技名人辞典. 北京: 科学出版社,1988 .210陈鹏万主编. 大学物理手册. 济南: 山东科学技术出版社,1985 . 26周衍柏. 理论力学教程. 北京:高等教育出版社,1979 . 250徐家康. 科里奥利力的演示. 大学物理,1990 ,9 ( 4) :28 郗建增. 限压阀转向与科里奥利力. 物理通报,1993 , ( 10) :19赵坚. 对“盆底漏水产生的旋涡”方向问题的再探讨. 物理通报,1993 , ( 12) :9胡径邦. 也谈旋涡. 物理通报,1993 , ( 1) :11何圣静主编. 物理教学仪器制作指南. 北京: 科学出版社,1990 . 26723456图3通过由S D15 型交流伺服电动机拖动转盘匀角速转动模拟地球的自转,由于在该转动非惯性系中运动的单摆受到科里奥利力的作用, 导致摆的振动平面发78A SIM U L AT O R FO R D EMO NSTRATI NG THE FO U CA U L T PEN D U L UML i ang Zhiqia ng1)Tang Weixiao2)Qi L uxia ng1)( 1) De p art m ent of Physics , Taian Teacher’s C ollege , Taian , Shand o n g , 271000 , China ; 2) Dep art m ent of Chemical Eng ineering , Shand o n g U n iversit y of Techn ology , J i nan , Shand o n g , 250014 , China)Abstract A simulato r designed fo r dem o n st r ating t h e Fo u cault pendulum is described. It is suit2 able fo r classroo m dem o n st r ati o n and st u dent ex periment s. The lengt h of t h e pendulum is less t h an 0 .6 meters and t h e peri o d of t h e rotati o n of plane of o s cillati o n is 30 seco n ds. The t rajecto r y of t h e pen2 dulum can be reco r ded dow n clearly and easily t u s.K ey w ords Fo u cault pendulum ; simulato r fo r de m o n st r ating ; rotati o n palte。
物理演示实验室仪器设备详细列表- 华东师范大学物理实验教学中心
Ⅱ-2-01
电光调制实验仪
开放探索
080
Ⅱ-2-02
光通讯实验仪
开放探索
081
Ⅱ-2-03
LD激光通讯测量仪（包括彩电）
开放探索
082
Ⅱ-2-04
激光监听实验仪
开放探索
083
Ⅱ-2-05
光纤光学与半导体激光器的特性
开放探索
084-093
Ⅱ-3-01
电磁趣味演示
趣味物理
10件
094
Ⅱ-3-02
氢电池
波动综合演示仪
课堂演示
042
Ⅰ-2-06
看得见的声波
开放探索
自制
043
Ⅰ-2-07
纵波传播
开放探索
自制
044
Ⅰ-2-08
弹簧纵驻波演示仪
开放探索
045
Ⅰ-2-09
液体驻波演示仪-昆特管
开放探索
046
Ⅰ-2-10
耦合摆
课堂演示
047
Ⅰ-2-11
水波的传播、干涉
开放探索
共12组实验
048
Ⅰ-3-01
过山车（不同轨道）
033
Ⅰ-1-27
大型混沌摆
开放探索
034
Ⅰ-1-28
真实气体实验仪
开放探索
035
Ⅰ-1-29
空气动力仪
开放探索
036
Ⅰ-1-30
热机
开放探索
037
Ⅰ-2-01
鱼洗
课堂演示
038
Ⅰ-2-02
孤波
课堂演示
039
Ⅰ-2-03
激光李萨如图形演示仪
课堂演示
科里奥利力-流动科技馆展品科学原理与概念深化方案(校园社区科普科教展品制作厂家-上海惯量自动化有限公司)
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教学成果奖佐证材料
上海市级教学成果奖科研引领创新人才培养构建物理实验教学新体系佐证材料完成人：张新夷、乐永康、苏卫锋、俞熹、冀敏、吕景林、童培雄、马世红、高渊、陈元杰成果完成单位：复旦大学佐证材料目录佐证材料一三门国家级精品课程申报书专家推荐意见 (2)1、“大学物理实验”申报国家级精品课程的专家推荐意见 (2)2、“文科物理（理论与实验)”申报国家级精品课程的专家推荐意见 (7)3、“近代物理实验”申报国家级精品课程的专家推荐意见 (11)佐证材料二成果明细 (17)1、集体奖项 (17)2、个人获奖 (17)3、获奖的自主研制仪器 (18)4、获奖教学论文 (21)5、专利 (21)6、大会邀请报告、国际会议口头报告 (22)7、承担国家级、省部级、校级实验教学改革项目 (25)8、本科生科研训练项目 (26)9、新建实验项目 (27)10、出版教材 (33)11、自编讲义 (34)12、教学论文 (35)13、科研论文 (40)佐证材料三 2006年以来的国际（境外）教学交流 (44)佐证材料一：三门国家级精品课程申报书专家推荐意见“大学物理实验”申报国家级精品课程的推荐专家：吴思诚北京大学教授第一届国家级教学名师、原教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会副主任、原中国高等学校实验物理教学研究会理事长、国家级精品课程《近代物理实验》负责人朱鹤年清华大学教授中国高等学校实验物理教学研究会副理事长、国家级精品课程《基础物理实验》负责人霍剑青中国科技大学教授国家级教学名师、原教育部物理学与天文学教学指导委员会委员、原基础物理课程教学指导委员会副主任、原教育部实验教学指导委员会副主任、原中国物理学会教学委员会委员周进南京大学教授教育部教学仪器标准化委员会委员、全国高校光学教学研究会委员、中国高等学校实验物理教学研究会副理事长“文科物理（理论与实验）”申报国家级精品课程的推荐专家：顾牡同济大学教授国家级教学名师、教育部大学物理课程教学指导委员会主任、中国物理学会教学委员会副主任、上海市物理学会副理事长龚敏四川大学教授教育部物理学类专业教学指导委员会、中国物理学会理事、四川省物理学会副理事长陆昉复旦大学教授复旦大学副校长、中国物理学会理事、上海市物理学会副理事长、教育部学科发展与专业设置专家委员会成员、全国高等教育质量监控与评估机构协作会常务理事“近代物理实验”申报国家级精品课程的推荐专家：吴思诚北京大学教授第一届国家级教学名师、原教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会副主任、原中国高等学校实验物理教学研究会理事长、国家级精品课程《近代物理实验》负责人.霍剑青中国科技大学教授国家级教学名师、原教育部物理学与天文学教学指导委员会委员、原基础物理课程教学指导委员会副主任、原教育部实验教学指导委员会副主任、原中国物理学会教学委员会委员高立模南开大学教授中国高等学校实验物理教学研究会原副理事长顾牡同济大学教授国家级教学名师、教育部大学物理课程教学指导委员会主任、中国物理学会教学委员会副主任、上海市物理学会副理事长佐证材料二：成果明细1、集体奖项：1.物理教学实验中心获“2010年度上海教育先锋号”光荣称号。
学生分组实验
实验滚摆演示目的1．通过滚摆的滚动运动演示机械能守恒；2．演示滚摆的平动转动动能之和与重力势能之间的转化。
实验原理滚摆滚动下落的重力势能变为滚摆饶过质心的轴转动的动能和质心平动的动能。
机械能守恒定律告诉我们滚摆的重力势能与滚摆的动能之和保持不变。
操作说明1．将滚摆轴保持水平，均匀使悬线绕在轴上，待滚摆到达一定高度，使轮在挂绳悬点的正下方，放手使其平稳下落；2．在重力作用下，重力势能转化为轮的转动动能。
轮下降到最低点,轮的转速最大，转动动能最大，然后又反向卷绕挂绳，转动动能转化为重力势能,轮的转速减小，位置升高。
如此可多次重复。
注意事项：切勿使滚摆左右摆动或扭转摆动。
实验拓展1，试分析滚摆下落速度（平动）与位置高度的关系。
2，试分析滚摆上下平动运动的周期与轴径的关系。
3，试分析滚摆上下平动运动的周期与滚摆质量的关系。
4，试分析滚摆上下平动运动的周期与滚摆转动惯量的关系实验静电滚筒演示目的本实验是演示尖端放电而产生的力学效应实验原理本实验是演示尖端放电而产生的力学效应。
可绕中轴转动的绝缘塑料筒（矿泉水瓶），表面粘有一些横条形导体箔，作为演示滚筒，滚筒两边与滚筒中轴平行安置放电电极杆，在杆上设置若干垂直于电极杆但指向滚筒切线方向的尖针作为放电的尖端。
当两个电极杆之间加上高电压时，放电将通过电极杆、尖针和筒上横条，在滚筒附近发生，尖针放电所产生的带电粒子冲击滚筒而产生力矩使滚筒转动。
操作说明1．将静电高压电源输出端接到两个电极杆上，将接地线接触地板；2．开启高压电源，调节高压输出电压V（15~20KV），两电极杆分别带上正、负电荷后, 绝缘塑料筒在静电尖端放电形成电风的作用下转动；3．断电后，绝缘塑料筒也将随之停止转动。
实验锥体上滚演示目的1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，加深了解在重力场中，物体总是以降低重心、趋于稳定的规律。
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。
科里奥利力演示仪
科里奥利力演示仪
实验目的：
演示科里奥利力的存在。
实验原理：
当小球在一作转动的圆盘上运动时，以盘为参照系，会受到惯性力。
其中一部分是与小球的相对速度有关的横向惯性力称为科里奥利力，其表达式为：
其中 为小球的质量， 为小球相对于转动系的速度， 为转盘旋转的角速度。
实验仪器：
实验操作：
1.当转盘静止，不转动，此时质量为 的小球沿轨道下滑，其轨迹沿圆盘的直径方向，不发生任何的偏离。
2.使转盘以角速度 转动，同时释放小球，沿轨道滚动，当小球落到圆盘时，小球将偏离直径方向运动。
3.如果从上向下看圆盘逆时针方向旋转，即 方向向上，当小球向下滚动到圆盘时，小球将偏离原来直径的方向，而向前进方向的右侧偏离，如图1所示。
如果圆盘转动方向相反，从上向下看，圆盘顺时针方向旋转，即 方向向下，当小球向下滚动到圆盘时，小球向前进方向的左侧偏离，如图2所示。
图
1 图2讨论与思考：
1.在北半球，若河水自南向北流，则东岸受到的冲刷严重，试由科里奥利力进行解释。
若河水在南半球自南向北流，哪边河岸冲刷较严重？
2.美国科学家谢皮诺曾注意到浴盆内的水泻出时产生的旋涡。
当底部中心有孔的大盆
中的水泻出时，可在空的上方看到逆时针方向的旋涡。
在澳大利亚作同样的实验，会看到什么现象？为什么？。
转盘利里奥利力演示仪
291 第八章 演示物理部分实验一 海市蜃楼一、 实验原理夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、 集市、庙宇等出现在远方的空中。
古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙(即蜃)吐出的气结成的，因而叫做“海市蜃楼”，也叫蜃景。
海市蜃楼是一种光学幻景，是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。
海市蜃楼简称蜃景，根据物理学原理，海市蜃楼是由于不同的空气层有不同的密度，而光在不同的密度的空气中又有着不同的折射率。
也就是因海面上暖空气与高空中冷空气之间的密度不同，对光线折射而产生的。
夏天，海面上的下层空气，温度比上层低，密度比上层大，折射率也比上层大．我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的。
远处的山峰、船舶、楼房、人等发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中，如图。
在沙漠里也会看到蜃景。
太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小。
从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射，人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景，仿佛是从水面反射出来的一样。
沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可及。
在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象。
贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层穿空气的折射率小。
从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样。
本仪器利用人工配制的折射率连续变化的介质，演示光在非均匀媒质中传播时，光线弯曲的现象以及模拟自然界昙花一现的海市蜃楼景观。
二、装置结构和技术参数如图所示是海市蜃楼演示装置其中：A ：水槽B ：实景物；C ：激光笔；D ：射灯（220V 24W ）；E ：装置门；F ：水管入口；G ：观看实景物窗口；H ：观看光在水槽内传播路径的窗口；K ：观看模拟海市蜃楼景观的窗口；三、操作方法及现象演示1、液体的配制将装置门E 打开，水管插入F 口内固定好，向水槽内注入深为槽深一半的清水，再将约3Kg食盐放入清水中，用玻璃棒搅，使其溶解成近饱和状态，再在其液面上放一薄塑料膜盖292 住下面的盐溶液，向膜上慢慢注入清水，直到水槽水近满为止，稍后，将薄膜轻轻从槽一侧抽出，此时，清水和食盐水界面分明，大约需6小时以后，由于扩散，界面变没了，在交界处形成了一个扩散层，液体的折射率由下向上逐渐减少，产生一个密度梯度，此时液体配制完成。
西南交通大学大学物理实验期末试题汇总(大二)
误差理论＿05 出题：物理实验中心 用误差限 0.10mm 的钢直尺测量钢丝长度，11 次的测量数据为：（单位：mm） 45.8、25.8、25.7、25.5、25.6、25.8、 25.6、25.5、25.4、25.7、25.6。钢丝的测量结果为(D) A) l =25.62 0.04 m B) l =27.4 2.1 m C) l =25.62 m 0.06 m D) l =25.6 0.1 m
( xi x )2 n ( n 1)
A)
B) uA2i uB2i
2
f
C)
xi
uxi
ai
D) 3
误差理论＿17 出题：物理实验中心 以下表述中错误的是(B) 正常测量数据的标准 S 有可能为零 系统误差指的是在测量过程中其值保持不变的那部分误差 最小二乘法原理适用于任意的曲线 使用逐差法的前提是自变量与因变量之间满足线性关系
误差理论＿14 出题：物理实验中心
某同学测量物理量 L 后写出的最终结果表达式为：L=12.003 0.006。该式(C)
完全正确 有一处错误 有两处错误 有三处错误
误差理论＿15 出题：物理实验中心
对某物体的长度进行测量，得到结果：L=12.340 0.010 cm，则下面叙述中正确的是(D)
ux2
u
2 y
N n xi yi3 uN
C)
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误差理论＿04 出题：物理实验中心 下列测量结果正确的表示为（D） A) 重力加速度 g=9.78±0.044 B) v=343.24±2.553m/s C) E=1.34325V±2.00 mV D) I=1.3V±0.2 mA
科里奥利质量流量计介绍
科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计（Coriolis Mass Flowmeter）简称科氏力流量计，是利用流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理测量的。
由于它实现了真正意义上的高精度的直接流量测量，具有抗磨损、抗腐蚀、可测量多种介质及多个参数等诸多优点，现已在石油化工、制药、食品及其他工业过程中广泛应用。
科氏力质量流量计计量准确、稳定、可靠，在需要对流体进行精确计量或控制的场合选用较多，但其售价较高，在不需要精确计量及控制的场合一般选用其他质量流量计代替。
科氏力质量流量计对于液体和气体都可选用，但是在现场应用中，氢气流量的精确测量一般都选用热式质量流量计。
在我国，艾默生高准公司的科里奥利质量流量计已在兰州石化、安庆石化、新疆塔河油田、中国海洋石油等中低压天然气中的流量计量得到良好的应用。
2007年末，高准公司的科里奥利质量流量计，顺利通过了中国最权威的原油大流量计量站成都天然气流量分站（CVB）的天然气实流测试，测量精度达到0.5％，并具有良好的重复性。
1 科里奥利质量流量计的工作原理科氏力流量计由传感器和变送器两大部分组成。
其中传感器用于流量信号的检测，主要由分流器、测量管、驱动、检测线圈和驱动、检测磁钢构成，如图1所示。
变送器用于传感器的驱动和流量检测信号的转换、运算及流量显示、信号输出，变送器主要有电源、驱动、检测、显示等部分电路组成。
所有流量计都必须人为地建立一个旋转体系，以双“U”型测量管传感器为例，用电磁驱动的方法使“U”型测量管的回弯部分作周期性的微小振动。
这相当于使“U”型管绕一个固定轴（OO 轴）作周期性时上时下的旋转，其旋转方向周期性的变化，像钟摆一样运动。
“U”型管的出入口段被固定，这样就建立一个以“U”形管出入口段为固定轴的旋转体系。
传感器力学分析如图2所示。
当测量管向上振动但无流体流过时，运用右手螺旋法则，四指指向旋转方向，则大拇指指向的方向为外加驱动的圆频率ω。
演示目的——精选推荐
啄木鸟一、演示目的演示能量之间的转换。
二、演示原理：停在金属杆顶端的啄木鸟具有重力势能，松开手后，啄木鸟在水平振动的同时下落。
下落的啄木鸟重力势能不断减少，减少的重力势能不断转化为啄木鸟的动能和弹簧的弹性势能。
这种能量之间的转化，使啄木鸟在水平方向不停的振动。
在下落的过程中听到啄木鸟的敲击声，直到落到地面后停止。
三、实验仪器：演示与探索实验室克隆一、演示目的演示力与压强的关系。
二、演示原理：当手压在仪器上，手的重量会分散到各个钉子上，每个钉子承受的压力只有几克，钉子扎到手时也不会将手刺坏。
三、实验仪器：演示与探索实验室能量穿梭机一、演示目的演示小球在电能、机械能、重力势能、动能的一系列转化过程中像穿梭机一样运动的过程。
二、演示原理：本装置有各种转轮、传送装置等，小球从高处滚下，由于重力势能的释放，转化为动能，使小球发生了一系列生动有趣的运动过程。
三、操作与现象：1. 打开演示装置上的电源开关，先把小球移到最高处，然后放下小球即可进行演示。
2. 实验结束，关闭电源。
演示与探索实验室瑞林球一、操作方法通过双手控制铁棍，将球从下往上夹，夹的越高分值越高，利用钢珠的重力惯性是赢得比赛的关键。
二、实验仪器：演示与探索实验室螺旋飞球一、演示目的演示向心力和离心力。
二、操作与现象：小球在圆形的螺旋轨道上旋转，旋转的速度会发生神奇的改变。
在旋转半径小的地方速度最快，在旋转半径大的地方速度最慢，并能在没有轨道托住的情况下旋转。
演示与探索实验室最速降线演示一、演示目的演示曲线运动的快慢。
二、操作与现象：比较直线和曲线轨道可知，轨道的前一部分，曲线轨比直线轨“陡”得多。
受重力作用，球在曲线轨上滚动将先达到最大速度，虽然曲线轨道比直线轨道长，但因球速快，因此曲线轨上的球先到终点。
演示与探索实验室五连球演示一、演示目的演示动量守恒定律和能量守恒定律。
二、演示原理及操作：由动量守恒和能量守恒原理可知，两个等质量刚性球弹性正弹时，它们将交换速度。
科里奥利力演示
时存在。
v与ω垂直fc最大；两者平行fc=0。
科里奥利力演示
科里奥利力的三个特征：
1）与相对速度成正比，故只有当物体相对转动参 考系运动时才可能出现； 2）与转动参考系的角速度的一次方成正比，而离 心力与角速度的二次方成正比，故当参考系的转 动角速度较小，科里奥利力比离心力更重要； 3）力的方向总是与相对速度垂直，故不会改变相 对速度的大小。
科里奥利力演示
科里奥利力演示
科里奥利力的应用
4.傅科摆（实验演示）
原理：摆动可以看做是一种往复的直线运动， 在地球上的摆动会受到地球自传的影响。只要摆 面方向与地球自传的角速度方向存在一定的夹角， 摆面就会受到科里奥利力的影响，而产生一个与 地球自转方向相反的扭矩，从而使得摆面发生转 动。
科里奥利力演示
科 里 奥 利 力 演 示 仪
事实上，卡皮罗现象是地球在自传过程中由于惯性引 起的一种所谓科里奥利力造成的。
科里奥利力演示
科里奥(GaspardGustave de Coriolis), 法国著名科学家， 1835年发现科里奥 利力，并用数学方 法进行了论述。
科里奥利力演示
那么，什么是科 里奥利力呢？
科里奥利力演示
当一个质点相对于惯性系做
科里奥利力演示
化学工程学院 应用化学1301 张盼
科里奥利力演示
卡皮罗现象
20世纪40年代科学家卡皮罗发现了这么一个现象：水槽 中的水在漏下时会产生逆时针的涡流。后来，他在水流下 时故意用手指向相反的方向搅动，但手离开后漩涡又恢复 了原来的旋转方向。这是否与漏水口的形状有关？于是他 做了许多不同形状的漏水口，但是实验结果总是相同的。 他对此困惑不解，于是到世界各地去做同样的实验，是他 大为惊奇的是在南半球水流漩涡的方向与北半球刚好相反， 在北半球是逆时针的而在南半球是顺时针的，在赤道附近 两种情况几乎各占一半。卡皮罗喜出望外，他终于找到了 结论，在原涡流的方向与地球上所处的位置有关。
北京交通大学物理演示实验
AA1 端处于高宽端，BB1 端处于低窄端，若支撑点遇锥面相切位置如图 2 所 示， 则当锥体滚动时， 质心在水平面内运动， 锥体处于平衡状态。 设 BB1 端固定， AA1 端宽度一定，只调节其高度，则 AA1 端下降，将会出现由平衡状态上滚的现 象。AA1 端至多下降到 BB1 端所在水平面上，不过此时滚动虽明显，但“往上” 不明显。故本实验装置高低宽窄布局要适度，使 AA1 端比平衡位置略低，锥体 能自动滚动即可。 三、装置 双锥体，V 字形斜面轨道
四、现象演示 操作者坐在转椅上，左手持车轮使车轮轴保持水平，用右手拨动车轮使它快 速转动，坐在转椅上的操作者沿与车轮旋转方向相反的方向旋转。 五、讨论与思考： 为改进演示效果,你认为应从哪些方面改进仪器？ 6、傅科摆 实验目的： 证明地球时刻在自西往东自转。 实验原理： 该实验被称为“最美丽的十大实验”之一。 证实地球自转的仪器，是法国物理学家傅科于 1851 年发明的。地球自西向 东绕着它的自转轴自转，同时在围绕太阳公转。观察地球的自转效应并不难。用 未经扭曲过的尼龙钓鱼线，悬挂摆锤，在摆锤底部装有指针。摆长从 3 米至 30 米皆可。当摆静止时，在它下面的地面上，固定一张白卡片纸，上面画一条参考 线。把摆锤沿参考线的方向拉开，然后让它往返摆动。几小时后，摆动平面就偏 离了原来画的参考线．这是在摆锤下面的地面随着地球旋转产生的现象。 由于地球的自转，摆动平面的旋转方向，在北半球是顺时针的，在南半球是 反时针的。摆的旋转周期，在两极是 24 小时，在赤道上傅科摆不旋转。在纬度 40°的地方，每小时旋转 10°弱，即在 37 小时内旋转一周。 显然摆线越长，摆锤越重，实验效果越好。因为摆线长，摆幅就大。周期也 长，即便摆动不多几次（来回摆动一二次）也可以察觉到摆动平面的旋转、摆锤 越重，摆动的能量越大，越能维持较长时间的自由摆动。
探索性实验(二)
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（5）角动量守恒演示 【实验引入】
直升飞机起飞视频 无尾翼直升飞机模型起飞视频
【问题思考】
直升飞机尾翼的作用？
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（5）角动量守恒演示 【实验目的】
1、掌握和理解角动量守恒原理，了解直升机尾翼的作用。 2、了解转动力矩平衡的原理。
【实验仪器】
控制器 直升飞机模型
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（5）角动量守恒演示
【实验原理】
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（7）机翼压差实验 【实验引入】
飞机起飞视频 思考：大型飞机如何起飞？基本原理是什么？
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（7）机翼压差实验 【实验目的】
通过实验了解流体的伯努利方程的应用，并了解飞机机 翼因上下压差产生升力的原理。
【实验仪器】
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（7）机翼压差实验
【实验原理】
伯努利方程表述为：对于由不可压缩、非粘滞性流体流线组成的流线
【实验原理】
当一个质点相对于惯性系做直线运动时，相对于 旋转体系，其轨迹是一条曲线。立足于旋转体系，我 们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线，这个力 就是科里奥利力。
从物理学的角度考虑，科里奥利力与离心力一样， 都不是在惯性系中真实存在的力，而是惯性作用在非 惯性系内的体现，同时也是在惯性参考系中引入的惯 性力，方便计算。
2
探索性实验要求
课前预习：通过图书馆和网络资源了解演示实验内容。 课堂要求：对每个演示实验现象都应认真观察，切记老 师讲解的注意事项，严禁破环仪器。 实验报告书写要求： （1）自己选择感兴趣的实验，深入理解其原理，进行实 验分析，解答思考题，可以通过上网查找资料和视频。 （2）尽可能多的查找相关的实验和应用，进行总结分析 比较，报告中要指出资料的出处。写出自己实验体会。 （3）实验报告请撰写到原始数据纸上，内容不要过于简 单，要求4页纸以上。
物理学科实验室建设方案(参考)
物理学科实验室建设方案（参考）1．基础物理与近代物理实验室1．1实验项目列表（参考）（1）基础物理与近代物理实验（分五个层次安排教学）第一层次（基本实验、必做）安排力热学6个、电磁学6个、光学4个，这类实验难度不高，适合全校理工科各专业学生学习和基本训练，此阶段主要目的是让学生学习和掌握基本实验程序、基本操作技能、基本实验方法、常用仪器使用、以与掌握数据处理的一般方法与对实验结果的评价等。
第二层次物理实验分两轮进行：第一轮（必做），安排12—16个物理规律的研究实验，这类实验适合物理专业的学生学习和训练，理工科学生可选修。
此段物理实验课程，要求学生学习如何做好实验，学习研究物理规律和分析实验现象的思想和方法，学习分析和评价实验结果。
第二轮（选做）安排涉与学科内容较广的提高性实验和限制性设计实验6—8个，学生通过此阶段的训练，可激发学生强烈的学习热情，变被动学习为主动学习，从而培养和提高学生的综合思维和创造能力。
第三层次（综合、设计性、研究性实验、选做）此阶段实验室对学生实行开放。
为学生提供发展个性和施展才能的机会，学生通过做开放实验，从成功和失败中得到训练，得到整体素质的提高，为今后近代物理实验和研究创新型实验奠定一定的基础。
第四层次近代物理实验（必做、）第五层次近代物理实验（选修）近代物理实验教学不仅是对物理教育本科学生开设，许多与物理有关或相关专业的学生亦应加入近代物理实验的学习。
（2）演示实验a．在教学楼内应设有专门的演示实验教室，其附近应配有相应的设备保管室。
配合大学物理理论进行教学，演示实验教室同时应具有多媒体教室的功能。
b．开放式演示实验室：应具有下列特点：①经典性。
能将某些经典的物理实验（尤其是获诺贝尔奖的物理实验演示出来）。
②现代性。
采用现代声光视频技术。
③知识性：将重要的物理实验、物理现象，现代物理学进展知识介绍或展示出来。
④同时具有多媒体教室的功能，配合基础物理实验室，近代物理实验室进行实验背景教学和科技动态教学。
学生分组实验1
实验滚摆演示目的1．通过滚摆的滚动运动演示机械能守恒；2．演示滚摆的平动转动动能之和与重力势能之间的转化。
实验原理滚摆滚动下落的重力势能变为滚摆饶过质心的轴转动的动能和质心平动的动能。
机械能守恒定律告诉我们滚摆的重力势能与滚摆的动能之和保持不变。
操作说明1．将滚摆轴保持水平，均匀使悬线绕在轴上，待滚摆到达一定高度，使轮在挂绳悬点的正下方，放手使其平稳下落；2．在重力作用下，重力势能转化为轮的转动动能。
轮下降到最低点,轮的转速最大，转动动能最大，然后又反向卷绕挂绳，转动动能转化为重力势能,轮的转速减小，位置升高。
如此可多次重复。
注意事项：切勿使滚摆左右摆动或扭转摆动。
实验拓展1，试分析滚摆下落速度（平动）与位置高度的关系。
2，试分析滚摆上下平动运动的周期与轴径的关系。
3，试分析滚摆上下平动运动的周期与滚摆质量的关系。
4，试分析滚摆上下平动运动的周期与滚摆转动惯量的关系实验静电滚筒演示目的本实验是演示尖端放电而产生的力学效应实验原理本实验是演示尖端放电而产生的力学效应。
可绕中轴转动的绝缘塑料筒（矿泉水瓶），表面粘有一些横条形导体箔，作为演示滚筒，滚筒两边与滚筒中轴平行安置放电电极杆，在杆上设置若干垂直于电极杆但指向滚筒切线方向的尖针作为放电的尖端。
当两个电极杆之间加上高电压时，放电将通过电极杆、尖针和筒上横条，在滚筒附近发生，尖针放电所产生的带电粒子冲击滚筒而产生力矩使滚筒转动。
操作说明1．将静电高压电源输出端接到两个电极杆上，将接地线接触地板；2．开启高压电源，调节高压输出电压V（15~20KV），两电极杆分别带上正、负电荷后, 绝缘塑料筒在静电尖端放电形成电风的作用下转动；3．断电后，绝缘塑料筒也将随之停止转动。
实验锥体上滚演示目的1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，加深了解在重力场中，物体总是以降低重心、趋于稳定的规律。
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。
旋转式科里奥利力实验演示仪器
旋转式科里奥利力实验演示仪器
王磊;陈建文
【期刊名称】《中国现代教育装备》
【年(卷),期】2022()8
【摘要】科里奥利力是全国高中物理竞赛课程以及大学物理课程的重点考查内容。
把抽象的科里奥利力形象地演示出来,无论对学生的理论学习,还是对学生的科学研
究兴趣培养都有着相当重要的意义。
目前演示科里奥利力的实验设备比较少见,无
论是中学还是大学,科里奥利力的教学基本停留在理论层面上。
把科里奥利力理论、圆周运动和摄像显示技术结合起来,可以构建一种新型的科里奥利力实验教学仪器。
通过观察弹珠在地面参照系和圆周运动转盘参照系的不同运动轨迹来对科里奥利力进行实验研究;通过改变转盘转动方向,来探究科里奥利力与参照系转动角速度的关系,实验效果明显,能够显著提升科里奥利力实验的课堂吸引力和教学效果。
【总页数】3页(P37-39)
【作者】王磊;陈建文
【作者单位】湖北省武汉海淀外国语实验学校;辽宁省盘锦市辽东湾实验高级中学【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.科里奥利力的演示
2.用沙摆演示惯性离心力与科里奥利力
3.科里奥利力现象演示的新方法
4.改进实验仪器增强演示实验效果
5.演示科里奥利力的一个实验装置
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科里奥利力演示仪
【仪器介绍】
如图6-1所示，科里奥利力演示仪由底座、
转盘、飞轮、塑料串珠等构成。
【操作与现象】
一手握住底座上方的转盘，使传盘固定，另
一手驱动飞轮，使飞轮绕水平自转轴转动，可以
观察到飞轮边缘上的塑料串珠都在同一竖直平
面内作圆周运动，呈一朵花的形状。
飞轮绕自转轴转动的同时，驱动转盘使飞轮
绕转盘支承轴转动，可以观察到塑料串珠构成的
花的形状发生了改变，串珠产生了向竖直转动平
面内或外的偏移，一眼望去，串珠的边缘似乎起
了波浪。
【原理解析】
塑料串珠发生偏移的原因，是因为受到了科里奥利力的作用。
科里奥利力是由法国气象学家科里奥利在1835年提出的，是为了描述非惯性系（旋转体系）的运动而需要在运动方程中引入一个假想的力，这就是科里奥利力。
引入科里奥利力之后，人们可以像处理惯性系中的运动方程一样简单地处理非惯性系（旋转体系）中的运动方程，大大简化了非惯性系的处理方式。
科里奥利力：ω ⨯=v m f 2 （6-1）
式中f 就为科里奥利力，v 为质点相对非惯性系
（旋转体系）运动的线速度，ω 为质点绕垂直轴转动的角速度。
f 的方向可由右手螺旋法则来判
断。
取四个特殊位置（上、下、左、右）的珠子
来判断串珠的运动变化。
假设转盘是逆时针转动，
即非惯性系的转动角速度ω 的方向竖直向上，若
飞轮绕自转轴在纸平面内的转动也是逆时针的，
此时四个位置上的珠子相对于飞轮（非惯性系）
的线速度v
如图6-2所示，则可以判断出：左、右
两颗珠子所受的科里奥利力为零；上面的珠子受到的科里奥利力为ωmv f 2=，方向垂直纸面向内（如图6-2所示），从而该位置上的串珠向内偏移；下面的珠子也受到同样大小的科里奥利力，方向却是垂直纸面向外图6-1 科里奥利力演示仪
（如图6-2所示），从而该位置上的串珠向外偏移。
【知识拓展】
由于人类生活的地球本身就是一个巨大的旋转体系，因而科里奥利力很快在流体运动领域取得了成功的应用。
通常情况下，科里奥利力是一个比较微弱的力，只有物体相对地球的运动速度比较大、时间比较长时，科里奥利力的作用效果才比较显著。
科里奥利力产生的影响总结如下：
1 、在地球科学领域
由于自转的存在，地球并非一个惯性系，而是一个转动参照系，因而地面上质点的运动会受到科里奥利力的影响。
地球科学领域中的地转偏向力就是科里奥利力在沿地球表面方向的一个分力。
地转偏向力有助于解释一些地理现象，如河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害。
2、傅科摆
摆动可以看作一种往复的直线运动，在地球上的摆动会受到地球自转的影响。
只要摆面方向与地球自转的角速度方向存在一定的夹角，摆面就会受到科里奥利力的影响，而产生一个与地球自转方向相反的扭矩，从而使得摆面发生转动。
1851年法国物理学家傅科预言了这种现象的存在，并且以实验证明了这种现象，他用一根长67米的钢丝绳和一枚27千克的金属球组成一个单摆，在摆垂下镶嵌了一个指针，将这个巨大的单摆悬挂在教堂穹顶之上，实验证实了在北半球摆面会缓缓向右旋转（傅科摆随地球自转）。
由于傅科首先提出并完成了这一实验，因而实验被命名为傅科摆实验。
3、信风与季风
地球表面不同纬度的地区接受阳光照射的量不同，从而影响大气的流动，在地球表面延纬度方向形成了一系列气压带，如所谓“极地高气压带”、“副极地低气压带”、“副热带高气压带”等。
在这些气压带压力差的驱动下，空气会沿着经度方向发生移动，而这种沿经度方向的移动可以看作质点在旋转体系中的直线运动，会受到科里奥利力的影响发生偏转。
由科里奥利力的计算公式不难看出，在北半球大气流动会向右偏转，南半球大气流动会向左偏转，在科里奥利力、大气压差和地表摩擦力的共同作用下，原本正南北向的大气流动变成东北－西南或东南－西北向的大气流动。
随着季节的变化，地球表面延纬度方向的气压带会发生南北漂移，于是在一些地方的风向就会发生季节性的变化，即所谓季风。
当然，这也必须牵涉到海陆比热差异所导致气压的不同。
科里奥利力使得季风的方向发生一定偏移，产生东西向的移动因素，而历史上人类依靠风力推动的航海，很大程度上集中于延纬度方向，季风的存在为人类的航海创造了极大的便利，因而也被称为贸易风。
4、热带气旋
马桶下水方向与科氏力有关，热带气旋（北太平洋上出现的称为台风）的形成也受到科里奥利力的影响。
驱动热带气旋运动的原动力一个低气压中心与周围大气的压力差，周围大气中的空气在压力差的驱动下向低气压中心定向移动，这种移动受到科里奥利力的影响而发生偏转，从而形成旋转的气流，这种旋转在北半球沿着逆时针方向而在南半球沿着顺时针方向，由于旋转的作用，低气压中心得以长时间保持。
5、对分子光谱的影响
科里奥利力会对分子的振动转动光谱产生影响。
分子的振动可以看作质点的直线运动，分子整体的转动会对振动产生影响，从而使得原本相互独立的振动和转动之间产生耦合，另外由于科里奥利力的存在，原本相互独立的振动模之间也会发生能量的沟通，这种能量的沟通会对分子的红外光谱和拉曼光谱行为产生影响。