基于荧光技术的科里奥利力定量验证实验

发布时间：2021-03-01 11:28

　　本实验基于荧光技术设计了一套采用质点模型验证科里奥利力的简易装置。实验结果表明,该装置可以清晰地演示科里奥利力,并能够定量的进行验证,误差很小。在物理实验教学方面,使对科氏力的研究不仅仅局限于理论证明,具有较高的教学价值。 

【文章来源】：大学物理实验. 2019,32(04)

【文章页数】：3 页

【部分图文】：

装置结构图

荧光纸上的荧光，相对于地面坐标系，光点做匀速直线运动，而相对于转盘坐标系光点会受到非惯性力作用。非惯性力包括了离心力和科氏力。因此，在转盘坐标系中，光点的运动轨迹会发生偏转。可以利用荧光纸上的荧光捕捉质点在转盘坐标系中的运动轨迹，再利用运动轨迹来验证科氏力的大校实验流程图如图2所示图2实验流程图本实验运用气源(1)输气管(2)以及带有刻度标尺的气垫导轨能减小摩擦力对滑块运动的影响。使用的光电门套件不仅搭建十分方便而且能够准确测量滑块的运动速度。运用激光发射器与荧光纸相配合，能够准确的反应科氏力对运动轨迹的影响，便于观察与测量。根据力学规律［6-7］进行物体的受力分析及公式推导，受力分析图如图3所示图3科里奥利力分析图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为科里奥利力，ω为圆盘的角速度，ax与ay分别为x轴和y轴方向的加速度，v1为质点相对于地面的速度，v2为瞬时切向线速度。由该公式可以得出在一定激光器速度和转盘角速度下的荧光纸上轨迹的理论位置(该实验中任意选取了5点)，然后根据方格坐标中指示的轨迹线，来验证科氏力的公式。此过程可以改变滑块运动速度和转盘旋转速度进行多次实验验证。2实验数据及结论此次实验以转盘转速ω=15rad/min、激光发射器即质点速度v=66cm/s为例，根据自编程软件设定滑块速度和转盘速度，计算五点的位置并标记在荧光纸上。如图4所示:图4v=66cm/s时荧光纸上的轨迹与受力分析图建立相同的坐标

坐标系中，光点的运动轨迹会发生偏转。可以利用荧光纸上的荧光捕捉质点在转盘坐标系中的运动轨迹，再利用运动轨迹来验证科氏力的大校实验流程图如图2所示图2实验流程图本实验运用气源(1)输气管(2)以及带有刻度标尺的气垫导轨能减小摩擦力对滑块运动的影响。使用的光电门套件不仅搭建十分方便而且能够准确测量滑块的运动速度。运用激光发射器与荧光纸相配合，能够准确的反应科氏力对运动轨迹的影响，便于观察与测量。根据力学规律［6-7］进行物体的受力分析及公式推导，受力分析图如图3所示图3科里奥利力分析图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为科里奥利力，ω为圆盘的角速度，ax与ay分别为x轴和y轴方向的加速度，v1为质点相对于地面的速度，v2为瞬时切向线速度。由该公式可以得出在一定激光器速度和转盘角速度下的荧光纸上轨迹的理论位置(该实验中任意选取了5点)，然后根据方格坐标中指示的轨迹线，来验证科氏力的公式。此过程可以改变滑块运动速度和转盘旋转速度进行多次实验验证。2实验数据及结论此次实验以转盘转速ω=15rad/min、激光发射器即质点速度v=66cm/s为例，根据自编程软件设定滑块速度和转盘速度，计算五点的位置并标记在荧光纸上。如图4所示:图4v=66cm/s时荧光纸上的轨迹与受力分析图建立相同的坐标系，以转盘中心为坐标轴原点。其中x为选取的横坐标值，y1为理论计算所得的纵坐标值，y为实际测量所得纵坐标数值。建立表1如下所示，将理论?

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3057414