傅科摆实验报告

1、学号： 1108140728班级：电气 112 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：10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20度）。原理分析：（Z轴）。处于北半球某点的运动 f=2mvXw .科氏奥利力f的方向 所以f垂直于U,使U发生偏转。24地球自西向东旋转，其角速度w的方向沿地轴指向北极物体速度为U,那么该物体

2、所受的科氏奥利力的表达式为： 垂直于一个平面，这个平面是由U和？的方向所组成的平面，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 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 （foucaultjeanbernarleon） 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

3、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（w- 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

4、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】 ：使学生加深了解在重力场中物体总是1 通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象， 以降低重心，趋于稳定的运动规律。同时说明物体势能和动能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， 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

5、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】 ： 将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去； 重复第 2 步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。【注意事项】 ：移动锥体时要轻拿轻放，切勿将锥体掉落在地上。 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I,当其倾斜时受到一个垂直纸面

6、向里的重力矩(r X mg)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I+ I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。1.2.3.实验三 弹性碰撞仪 【实验目的】 ： 演示等质量球的弹性碰撞过程，加深对动量原理的理解。 演示弹性碰撞时能量的最大传递。 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】 ：

7、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。【

8、注意事项】 ：123.随时注意保持 7 个摆球的球心处于同一直线上； 球的摆幅不要太大，否则效果反而不好； 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

9、 （ 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

10、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 foucault）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。

11、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。不仅截止到 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。 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

12、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

13、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（如图生偏转。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

14、 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），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 ,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

15、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

16、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

17、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，取得更多的发现。篇四：关于傅 科摆的一些认识关于傅科摆的一些认识 本次物理实验演示课中我第一次认识了傅科摆，虽然以前也听说过傅科摆， 但是却一点也不了解。课后查了有关傅科摆的一些资料，对傅科摆和傅科都有了 更深的认识。傅科摆是法国物理学家傅科在 1851 年为了证明地球自转而做的一 次成功的摆动实验

18、。傅科在法国国葬院大厅的穹顶上悬挂了一条长 67 米的绳索， 绳索的下面是一个重达 28 千克的摆锤。摆的下方有一个直径 6 米的沙盘，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留下运动轨迹。按照日常 生活经验，傅科摆应该在沙盘上画出唯一一条轨迹。然而，当实验开始后，人们 惊奇地发现，傅科摆每经过一个周期的震荡，指针在沙盘上划出的轨迹就会偏离 原来的轨迹，两个相邻的轨迹之间相差大约 3 毫米。傅科就是通过这样一个简单 而又神奇的实验巧妙地证明了“地球真的是在转动啊” 。 从傅科摆的实验效果来看，这是一个完美的实验。但是我们更应该考虑傅科 摆实现的原因。首先，摆线很长，摆锤似很重，这

19、样的设计的摆的惯性和动量较 大，可以摆动很长时间；同时，傅科摆的悬挂点也是经过特殊的减少摩擦的设计 的，傅科采取了一个巧妙地装置万向节使得摆动平面超然于地球的自转。正 是这些细节上的考虑和巧妙才使得傅科摆取得了很好的实验效果。我们也要学习 傅科在设计实验时的态度，不仅要从整体出发，还要注重细节，考虑全面。 从傅科摆的实验现象分析，摆在摆动平面上并没有受到外力的作用，按照惯 性定律，摆的空间方向并不会发生变化，但是傅科摆的摆动方向在观察者看来却 发生了变化，由此可知，这种摆动方向的变化，是由于观察者所在的地球是沿着 逆时针方向转动的。观察者所看到的相对运动现象有利地证明了地球是在自转的。 当我第

20、一次听到老师说傅科摆可以证明地球是自转的时，脑中出现的第一个 问题就是傅科摆为什么能够演示出地球自转呢?后来才知道是因为惯性。按照牛24 小时顿第一定律，在一个固定的参考系中，一个物体不受外力作用的时候将一直保持 原来的运动状态。正常情况下，给摆一个适当的初始作用，他就会沿着一个固定 的方向运动。 如果把傅科摆放置在北极点上，结果会怎么样呢？由于惯性的作用，傅科摆 的摆锤的运动方向相对于某一固定参考系是不变的。可是由于惯性，当地球以及 用来吊起摆锤的架子转动时，摆球的运动情况也是会发生变化的。站在傅科摆附 近的观察者应该会发现摆的摆动平面在发生缓缓地转动。我查了一下资料，发现 傅科摆的转动速度

21、大约是钟表时针转动速度的一半，也就是说，每小时傅科摆都 会顺时针转过 15 度。也就是说，在地球的两极，傅科摆的摆动平面大约 转一圈。 同样的道理，如果把傅科摆放置在赤道上，由于摆锤的运动方向与地轴平行， 所以地球自转对傅科摆就没有了影响，观察者将观测不到傅科摆的相对地面的转t，t/siny 。动。那么，如果把傅科摆移回傅科做实验的地方，那么可以将摆锤的运动分解为 沿地轴方向的和与地轴垂直方向上的两个分运动，从地面上的观测者来说，傅科 摆以某种角速度缓慢地旋转。 根据傅科摆旋转周期的计算公式，如果在北极观测到傅科摆的转动周期为 那么在任意纬度上，傅科摆旋转一周所需的时间是根据上面的计算结果，可

22、以发现傅科摆在地球的不同地点旋转的速度是不同 的，这也说明了地球表面不同地点的线速度不同。那么我们就可以利用傅科摆在 某一位置的旋转速度，利用相应的公式，可以确定这一位置所处的纬度。 我想，傅科摆之所以被评为“最美的物理实验”之一是有其原因的。傅科摆 用简洁而又奇妙的方法证明了地球的自转，这是一种很高明的方法。从中可以看 到傅科本人的创新思维，这正是我们最应该学习的地方。篇五：傅科摆 傅科 傅科全名莱昂傅科（j.foucault ）,法国人，物理学家，发明家，陀螺仪的发明者。 贡献 傅科的一生对物理学有多方面的重要贡献，尤其在力学、光傅科的一生对物理学有多方 面的重要贡献学、 电学方面更为突出

23、。 他的研究工作偏重于仪器的制备、 新实验方法的设计， 以及对物理量的精确测量。 他的最出色的工作是光速的测定、 “傅科摆” 实验以及提出涡电流 理论。1850年莱昂傅科（j为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子（rotor ）,由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro （旋转）和 skopein （看）两 字合为 gyro scopei 一字来命名这种仪器，这种仪器就是陀螺仪1850 年，傅科采用旋转镜法，测量了光在空气和在水中的速度，差不多和菲佐在同一时期首创了在实验室测定光速的方法。 1862 年傅科改进了原有的实验装置， 加装了一套推动圆 周屏的轮系统，以便准

24、确量度旋转镜的旋转速度，又使光经过几次反射，加长了光经过的路 程，以便准确量度光经过此路程的时间。 由此测得光在空气中的速度为 289000千米每秒。 后 来，他把自己的工作写成题为 光速的实验测定： 太阳的视差 的文章， 于 1862 年发表在法 兰西科学院周报第 55 卷上。傅科对光速的测量为光的波动理论的胜利提供了有力的证据。 同年他被授予荣誉骑士二级勋章，并被聘为经度局成员。1850 年傅科 ,为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子（ rotor ），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用 希腊字 gyro （旋转）和 skopein （看）两字合为 gyro scopei

25、 一字来命名这种仪表。1851 年，傅科进行了著名的傅科摆实验。他根据地球自转的理论，提出除地球赤道以外的其他地方，单摆的振动面会发生旋转的现象，并付诸实验。他选用直径为30 厘米、重 28千克的摆锤， 摆长为 67米，将它悬挂在巴黎万神殿圆屋顶的中央， 使它可以在任何方向自由 摆动。下面放有直径 6米的沙盘和启动栓。如果地球没有自转，则摆的振动面将保持不变；如果地球在不停地自转，则摆的振动面在地球上的人看来将发生转动。当人们亲眼看到 摆每振动一次（周期为 16.5 秒），摆尖在沙盘边沿画出的路线移动约 3毫米，每小时偏转 11° 20（即 31 小时 47 分回到原处）时，许多教徒

26、目瞪口呆，有人甚至在久久凝视以后说： “确实 觉得自己脚底下的地球在转动！ ”这一实验又曾移到巴黎天文台重做， 结论相同。 后又在不同 地点进行实验，发现摆的振动面的旋转周期随地点而异，其周期正比于单摆所处地点的纬度 的正弦， 在两极的旋转周期为 24 小时。振动面旋转方向， 北半球为顺时针， 南半球为逆时针。 以上实验就是著名的傅科摆实验，它是地球自转的最好证明。由此，傅科被授予荣誉骑士五 级勋章。傅科摆 傅科摆（ foucault pendulum ）指仅受引力和吊线张力作用而在惯性空间固 定平面内运动的摆。 为了证明地球在自转， 法国物理学家傅科 （18191868）于1851年做了 一次成功的摆动实验，从而有力地证明了地球是在自转，傅科摆由此而得名。基本概述为了证明地球在自转， 法国物理学家傅科 (18191868)于 1851 年做了一次成功的摆动 实验，傅科摆由此而得名。实验在法国巴黎的一个圆顶大厦进行，摆长 67 米，摆锤重 28 公 斤，悬挂点经