本實(shí)驗(yàn)基于熒光技術(shù)設(shè)計(jì)了一套采用質(zhì)點(diǎn)模型驗(yàn)證科里奧利力的簡(jiǎn)易裝置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該裝置可以清晰地演示科里奧利力,并能夠定量的進(jìn)行驗(yàn)證,誤差很小。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面,使對(duì)科氏力的研究不僅僅局限于理論證明,具有較高的教學(xué)價(jià)值。 

【文章來源】：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn). 2019,32(04)

【文章頁(yè)數(shù)】：3 頁(yè)

【部分圖文】：

裝置結(jié)構(gòu)圖

熒光紙上的熒光，相對(duì)于地面坐標(biāo)系，光點(diǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，而相對(duì)于轉(zhuǎn)盤坐標(biāo)系光點(diǎn)會(huì)受到非慣性力作用。非慣性力包括了離心力和科氏力。因此，在轉(zhuǎn)盤坐標(biāo)系中，光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。可以利用熒光紙上的熒光捕捉質(zhì)點(diǎn)在轉(zhuǎn)盤坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)軌跡，再利用運(yùn)動(dòng)軌跡來驗(yàn)證科氏力的大校實(shí)驗(yàn)流程圖如圖2所示圖2實(shí)驗(yàn)流程圖本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用氣源(1)輸氣管(2)以及帶有刻度標(biāo)尺的氣墊導(dǎo)軌能減小摩擦力對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)的影響。使用的光電門套件不僅搭建十分方便而且能夠準(zhǔn)確測(cè)量滑塊的運(yùn)動(dòng)速度。運(yùn)用激光發(fā)射器與熒光紙相配合，能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)科氏力對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的影響，便于觀察與測(cè)量。根據(jù)力學(xué)規(guī)律［6-7］進(jìn)行物體的受力分析及公式推導(dǎo)，受力分析圖如圖3所示圖3科里奧利力分析圖F?→k=2m(v?→1－v→?2)×?→ω(1)ax=－2v1ωsinθ－ω2rcosθ(2)ay=2v1ωcosθ－ω2rsinθ(3)x=?axdt(4)y=?aydt(5)其中Fk為科里奧利力，ω為圓盤的角速度，ax與ay分別為x軸和y軸方向的加速度，v1為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的速度，v2為瞬時(shí)切向線速度。由該公式可以得出在一定激光器速度和轉(zhuǎn)盤角速度下的熒光紙上軌跡的理論位置(該實(shí)驗(yàn)中任意選取了5點(diǎn))，然后根據(jù)方格坐標(biāo)中指示的軌跡線，來驗(yàn)證科氏力的公式。此過程可以改變滑塊運(yùn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論此次實(shí)驗(yàn)以轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速ω=15rad/min、激光發(fā)射器即質(zhì)點(diǎn)速度v=66cm/s為例，根據(jù)自編程軟件設(shè)定滑塊速度和轉(zhuǎn)盤速度，計(jì)算五點(diǎn)的位置并標(biāo)記在熒光紙上。如圖4所示:圖4v=66cm/s時(shí)熒光紙上的軌跡與受力分析圖建立相同的坐標(biāo)

坐標(biāo)系中，光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)�？梢岳脽晒饧埳系臒晒獠蹲劫|(zhì)點(diǎn)在轉(zhuǎn)盤坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)軌跡，再利用運(yùn)動(dòng)軌跡來驗(yàn)證科氏力的大校實(shí)驗(yàn)流程圖如圖2所示圖2實(shí)驗(yàn)流程圖本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用氣源(1)輸氣管(2)以及帶有刻度標(biāo)尺的氣墊導(dǎo)軌能減小摩擦力對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)的影響。使用的光電門套件不僅搭建十分方便而且能夠準(zhǔn)確測(cè)量滑塊的運(yùn)動(dòng)速度。運(yùn)用激光發(fā)射器與熒光紙相配合，能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)科氏力對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的影響，便于觀察與測(cè)量。根據(jù)力學(xué)規(guī)律［6-7］進(jìn)行物體的受力分析及公式推導(dǎo)，受力分析圖如圖3所示圖3科里奧利力分析圖F?→k=2m(v?→1－v→?2)×?→ω(1)ax=－2v1ωsinθ－ω2rcosθ(2)ay=2v1ωcosθ－ω2rsinθ(3)x=?axdt(4)y=?aydt(5)其中Fk為科里奧利力，ω為圓盤的角速度，ax與ay分別為x軸和y軸方向的加速度，v1為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于地面的速度，v2為瞬時(shí)切向線速度。由該公式可以得出在一定激光器速度和轉(zhuǎn)盤角速度下的熒光紙上軌跡的理論位置(該實(shí)驗(yàn)中任意選取了5點(diǎn))，然后根據(jù)方格坐標(biāo)中指示的軌跡線，來驗(yàn)證科氏力的公式。此過程可以改變滑塊運(yùn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論此次實(shí)驗(yàn)以轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速ω=15rad/min、激光發(fā)射器即質(zhì)點(diǎn)速度v=66cm/s為例，根據(jù)自編程軟件設(shè)定滑塊速度和轉(zhuǎn)盤速度，計(jì)算五點(diǎn)的位置并標(biāo)記在熒光紙上。如圖4所示:圖4v=66cm/s時(shí)熒光紙上的軌跡與受力分析圖建立相同的坐標(biāo)系，以轉(zhuǎn)盤中心為坐標(biāo)軸原點(diǎn)。其中x為選取的橫坐標(biāo)值，y1為理論計(jì)算所得的縱坐標(biāo)值，y為實(shí)際測(cè)量所得縱坐標(biāo)數(shù)值。建立表1如下所示，將理論?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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