傅科擺實驗裝置描述

1. 傅科擺原理 傅科擺簡介

1、傅科擺的工作原理：由於地球的自轉，傅科擺擺動方向的變化，是由於觀察者所在的地球沿著逆時針方向轉動的結果，地球上的觀察者看到相對運動現象。

2、為了證明地球在自轉，法國物理學家傅科（1819—1868）於1851年做了一次成功的擺動實驗，傅科擺由此而得名。實驗在法國巴黎先賢祠最高的圓頂下方進行，擺長67米，擺錘重28公斤，懸掛點經過特殊設計使摩擦減少到最低限度。這種擺慣性和動量大，因而基本不受地球自轉影響而自行擺動，並且擺動時間很長。在傅科擺試驗中，人們看到，擺動過程中擺動平面沿順時針方向緩緩轉動，擺動方向不斷變化。

3、分析這種現象，擺在擺動平面方向上並沒有受到外力作用，按照慣性定律，擺動的空間方向不會改變，因而可知，這種擺動方向的變化，是由於觀察者所在的地球沿著逆時針方向轉動的結果，地球上的觀察者看到相對運動現象，從而有力地證明了地球是在自轉。

2. 傅科擺的原理是什麼

傅科擺的原理是：地球自轉使得北半球物體的運動向右偏，傅科擺的軌跡於是發生轉動。這一現象反過來也證明了地球在自轉。

傅科擺是一個單擺，底板有一個量角器。單擺振動時，振動面依理應保持不變，但因地球在自轉，在地面上的觀察者，不能發覺地球在轉，但在相當長的時期內，卻發現擺的振動面不斷偏轉。從力學的觀點來看，這也是由於受到了科里奧利力影響的緣故。

歷史實驗

1851年的巴黎，在國葬院（法蘭西共和國的先賢祠）的大廳里，讓·傅科（Jean Foucault）正在進行一項有趣的實驗。傅科在大廳的穹頂上懸掛了一條67米長的繩索，繩索的下面是一個重達28千克的擺錘。擺錘的下方是巨大的沙盤。

每當擺錘經過沙盤上方的時候，擺錘上的指針就會在沙盤上面留下運動的軌跡。按照日常生活的經驗，這個碩大無比的擺應該在沙盤上面畫出唯一一條軌跡。該實驗被評為「物理最美實驗」之一 。

實驗開始了，人們驚奇的發現，傅科設置的擺每經過一個周期的震盪，在沙盤上畫出的軌跡都會偏離原來的軌跡（准確地說，在這個直徑6米的沙盤邊緣，兩個軌跡之間相差大約3毫米）。

擺的運動可以超然於地球的自轉，但懸掛擺的支架一般卻要帶動它參與地球的自轉。為解決這一問題，傅科採取了一種簡單而巧妙的裝置－萬向節，從而使擺動平面超然於地球的自轉。

3. 「傅科擺」的實驗是如何設計的

法國物理學家傅科在物理學史上以其「傅科擺」的實驗著稱於世。1850年，傅科設計了一面旋轉的鏡子，讓鏡子用一定的速度轉動，使它在光線發出並且從一面靜止的鏡子反射回來的這段時間里，剛好旋轉一圈。這樣，能夠准確地測得光線來回所用的時間，就可以算出光的速度。

4. 請介紹一下傅科擺

1851年，法國物理學家讓。傅科在巴黎國葬院安放了一個鍾擺裝置，
擺的長度為67米，底部的擺錘是重28千克的鐵球，在鐵球的下方鑲嵌了一枚細長
的尖針。這個巨大的裝置是用來做什麼的呢？原來，傅科要證明地球的自轉。他
設想，當鍾擺擺動時，在沒有外力的作用下，它將保持固定的擺動方向。如果地
球在轉動，那麼鍾擺下方的地面將旋轉，而懸在空中的擺具有保持原來擺動方向
的趨勢，對於觀察者來說，鍾擺的擺動方向將會相對於地面發生變化。原理想通
了，實驗卻並不好做。由於鍾擺方向的改變是細微的，所以稍強一些的氣流就會
使實驗結果發生變化。由於擺臂越長，實驗效果越明顯，所以為了觀察到方向的
改變，實驗地點一定要設置在頂棚很高的廳堂中，頂棚用來懸掛鍾擺。傅科最後
選擇了巴黎高聳的國葬院作為實驗場所，並在擺的下放安置了一個沙盤。在擺運
動時，擺尖會在沙盤上劃出一道道的痕跡，從而記錄了擺動方向。

實驗的結果與傅科的設想完全吻合，擺的擺動顯示為由東向西的、緩慢而持
續的方向旋轉。傅科的演示直接證明了地球自西向東的自轉，所以人們稱呼實驗
中的鍾擺為「傅科擺」，當時的法國政府還向傅科頒發了榮譽騎士五級勛章，以
表彰他的科學貢獻。傅科的實驗引發了全世界的一股實驗熱潮，各地的人們紛紛
效仿傅科，用長長的鍾擺來揭示地球的自轉。人們發現，在地球的兩極，傅科擺
的擺動平面24小時轉一圈，而在赤道上，傅科擺沒有方向旋轉的現象；在兩極與
赤道之間的區域，傅科擺方向的旋轉速度介於兩者之間。

地球每24小時自轉一周，由於赤道的周長約4 萬千米，因此人們有「坐地日
行八萬里」的說法。在赤道上的一點，速度是每秒接近500 米，這是子彈出膛時
的速度。我們像子彈一樣地飛馳，卻沒有一絲感覺，是由於在慣性的影響下，周
圍的物體都跟隨地球高速轉動，彼此之間倒是不即不離。不識地球的廬山真面目，
只緣我們身在此山中。

前面提到，傅科擺在地球的不同地點旋轉的速度是不同的，這說明了地球表
面不同地點的線速度不同，因此，傅科擺不僅能夠驗證地球自轉，它也可以用於
發現擺所處的緯度。

5. 傅科擺的過程是什麼

這個實驗的裝置包括一個高大的、在任意垂直平面上振盪的單擺。單擺擺動的方向會因為地球本身的周日轉動而改變。這是因為單擺的擺動平面，像陀螺儀一樣，當地球轉動時仍會在空間中保持固定的方向。傅科擺於1851年2月首度次在巴黎天文台的子午儀室公開展示。幾個星期之後，傅科製做了他最著名的單擺，他在巴黎先賢祠的拱頂下以67米長的鋼索懸掛著一顆28千克重的鉛錘。這個單擺的擺動平面以每小時順時針方向11°，以32.7小時環繞一圈。1855年，這個單擺被移到國立巴黎工藝技術學院的國立工藝博物館。在2010年4月6日，在國立工藝博物館懸掛鉛錘的鋼索斷裂，使單擺和博物館的大理石地板受到無法修補的損壞。

在北極的傅科擺，當在它下面的地球旋轉時，擺仍在原來的同一平面上擺動。

無論是在南極或北極，當單擺下面的地球以一個恆星日旋轉了一周，擺的振盪平面相對於恆星是固定不變的。所以相對於地球，在南極或北極的擺的振盪平面以一天的時間，分別以順時針或逆時針方向旋轉了一周。當傅科擺被懸掛在赤道上，擺的振盪平面相對於地球是固定不變的，也就是說觀察不到傅科擺現象。

6. 傅科擺的工作原理是什麼

受引力和吊線張力作用而在慣性空間固定平面內運動的擺。

7. 最美實驗之一——傅科擺

地球「動」、「靜」之謎

我們從中學地理課上學到，地球繞自轉軸自西向東轉動，自轉一周耗時約23小時56分。

穿越回巴黎

他是十九世紀法國傑出的實驗物理學家

這位物理學家早年執著於天文攝影技術的研究

在不斷嘗試之後設計了一個精妙絕倫的實驗演示

來證明地球的自轉

其設備之簡單，設計之巧妙，現象之明顯，結論之直觀

被譽為物理學史上最美麗的實驗之一

假裝穿越中

再次穿越中

咱們來的正是時候，先賢祠的大廳里擠滿了穿著盛裝的人們，彷彿在參加一場宴會，還有很多人陸陸續續進場想要親眼見證物理學家先前宣傳欄里寫的「來看看地球自轉吧」。

傅科正在向大家介紹實驗的基本情況：選用了一個直徑為30 厘米、重28千克的擺錘, 擺線長67 米，懸掛在大廳屋頂的中央，並且可以在任何方向自由擺動，擺錘的下面放有直徑6 米的巨大沙盤。如果擺錘經過沙盤上方, 擺錘下面的指針就會在沙盤上面留下運動的軌跡。將擺錘高高地拉向一側，用繩子拴在牆上。當一切都平靜後，就放火燒斷拴擺錘的繩子。繩斷了，擺錘就會開始擺動。實驗馬上就要開始了，大家屏住呼吸，生怕自己呼出的氣流影響擺錘的穩定。

只見火苗燒斷了拴住擺錘的繩子，擺錘順勢開始做單擺運動。按照慣性定律，擺錘會在同一平面內運動，在沙盤上畫出唯一軌跡。可是隨著時間的推移，人們驚奇地發現擺錘的軌跡沿順時針方向發生了偏轉，擺錘每經過一個周期在沙盤上畫出的軌跡都會偏離原來的軌跡。經現場科學家測量，每經過一個周期的振盪（周期約為16.5 秒），兩個軌跡之間就會相差大約3 毫米，每小時偏轉11°20' ，約31 小時47 分擺錘回到原處。我們彷彿聽到有人在驚呼：「腳下的地球好像真的在轉動啊！」

科普時間到！

首先，我們來看本次實驗的精妙之處：

第一, 他利用了很長的擺線, 可以讓擺動的時間足夠長而便於觀察；

第二， 他使用了質量很大的擺球, 質量大可以增大慣性, 在擺動開始的時候具有足夠的機械能，並可以減少空氣阻力帶來的影響；

第三，普通懸掛擺的支架會帶動擺參與地球的自轉，為解決這一問題，傅科採取了一種簡單而巧妙的裝置----萬向節，擺線可以在任意方向運動, 這有利於保持擺動平面不變化。

為什麼傅科擺沿順時針改變擺動方向說明了地球在沿逆時針方向自轉呢?

這是由單擺的物理特性得出的結論。從單擺的物理特性出發，給擺一個恰當的起始作用力，它就會一直沿著某一方向，或者說某一平面運動。如果擺的擺角小於5 度的話，擺錘可以視為做一維運動的諧振子。把擺錘的運動看做一維諧振，傅科擺擺動起來以後並不改變擺動方向，然而我們站在地球上，看不到地球的轉動，卻看到傅科擺是在沿順時針方向轉動了一定的角度，不斷地改變它的擺動方向，這說明擺動平面和地球發生了相對轉動，這便證明了地球發生了自轉。簡單地說就是擺動平面沒有變，而是腳下的地球在轉動。從上往下看，地球在北半球沿逆時針自轉，在南半球沿順時針旋轉，因此擺的擺動方向在北半球是順時針的，在南半球是逆時針的。

答案是在赤道上觀察不到傅科擺的轉動。

擺錘在沙盤上的運動軌跡可近似地認為處在擺錘靜時在地球的投影點的切面上。在北極(南極)處，這個切面和地軸垂直，很容易便觀察到擺動平面和地球的相對轉動；但在赤道處，這個切面和地軸是平行的, 所以就無法再觀察到相對轉動了；在介於極地和赤道之間的地方, 擺錘的運動可以分解為沿地軸方向的和與之垂直的方向上的兩個分運動, 後者會產生相對地面的旋轉，這兩個分運動合成的結果是，從地面上的人看來，傅科擺以某種角速度緩慢的旋轉——介於在北極和赤道的角速度之間。這就是在各地利用傅科擺實驗觀察地球的自轉, 所觀察到的周期不同的緣故。如果在北極觀測到傅科擺旋轉一周的時間是A（A=24h），那麼在任意緯度γ上，傅科擺旋轉一周所需的時間是A/sinγ。

參考文獻

1. 王岩松, 王文全, 苗元華, 等. 地球真的在自轉啊——米歇爾·傅科擺實驗——「最美麗」的十大物理實驗之四[J]. 物理通報, 2003(7):42-45.

2.蘇詠梅, 王振宇. 傅科擺的原理和運行軌跡分析[J]. 價值工程, 2010, 29(31):148-150.

3. 袁俊平. 傅科擺是怎樣證明地球自轉的[J]. 中學物理教學參考, 2010(11):39-41.

4. 朱亞紅. 史上最美的物理實驗——傅科擺實驗[J]. 物理之友, 2015(4).

8. 傅科擺是怎樣一種特殊的擺為什麼要這樣設計

傅科擺（Foucault penlum）指僅受引力和吊線張力作用而在慣性空間固定平面內運動的擺。為了證明地球在自轉，法國物理學家傅科（1819—1868）於1851年做了一次成功的擺動實驗，從而有力地證明了地球是在自轉，傅科擺由此而得名。 實驗在法國巴黎的一個圓頂大廈進行，擺長67米，擺錘重28公斤，懸掛 點經過特殊設計使摩擦減少到最低限度。這種擺慣性和動量大，因而基本不受地球自轉影響而自行擺動，並且擺動時間很長。在傅科擺實驗中，人們看到，擺動過程中擺動平面沿順時針方向緩緩轉動，擺動方向不斷變化。分析這種現象，擺在擺動平面方向上並沒有受到外力作用，按照慣性定律，擺動的空間方向不會改變，因而可知，這種擺動方向的變化，是由於觀察者所在的地球沿著逆時針方向轉動的結果，地球上的觀察者看到相對運動現象，從而有力地證明了地球是在自轉。傅科擺放置的位置不同，擺動情況也不同。在北半球時，擺動平面逆時針轉動；在南半球時，擺動平面順時針轉動，而且緯度越高，轉動速度越快；在赤道上的擺幾乎不轉動。傅科擺擺動平面偏轉的角度可用公式θ°=15tsinφ來求，單位是度。式中φ代表當地地理緯度，t為偏轉所用的時間，用小時作單位，因為地球自轉角速度1小時等於15°，所以，為了換算，公式中乘以15。

9. 中學物理十大經典實驗與初中力學實驗

「初中物理是一門很強調理論結合實驗的學科，雖然課本上的定律、概念很多，但是只有與實驗相結合，理解和運用這些書面知識才能得心應手。如何才能學好物理呢?我在這里整理了相關資料，快來學習學習吧!

中學物理十大經典實驗

1、托馬斯·楊的雙縫演示應用於電子干涉實驗

在20世紀初的一段時間中，人們逐漸發現了微觀客體(光子、電子、質子、中子等)既有波動性，又有粒子性，即所謂的「波粒二象性」。「波動」和「粒子」都是經典物理學中從宏觀世界裡獲得的概念，與我們的直觀經驗較為相符。然而，微觀客體的行為與人們的日常經驗畢竟相差很遠。如何按照現代量子物理學的觀點去准確認識、理解微觀世界本身的規律，電子雙縫干涉實驗為一典型實例。

楊氏的雙縫干涉實驗是經典的波動光學實驗，玻爾和愛因斯坦試圖以電子束代替光束來做雙縫干涉實驗，以此來討論量子物理學中的基本原理。可是，由於技術的原因，當時它只是一個思想實驗。直到1961年，約恩·孫製作出長為50mm、寬為0.3mm、縫間距為1mm的雙縫，並把一束電子加速到50keV，然後讓它們通過雙縫。當電子撞擊熒光屏時顯示了可見的圖樣，並可用照相機記錄圖樣結果。電子雙縫干涉實驗的圖樣與光的雙縫干涉實驗結果的類似性給人們留下了深刻的印象，這是電子具有波動性的一個實證。更有甚者，實驗中即使電子是一個個地發射，仍有相同的干涉圖樣。但是，當我們試圖決定電子究竟是通過哪個縫的，不論用何手段，圖樣都立即消失，這實際告訴我們，在觀察粒子波動性的過程中，任何試圖研究粒子的努力都將破壞波動的特性，我們無法同時觀察兩個方面。要設計出一種儀器，它既能判斷電子通過哪個縫，又不幹擾圖樣的出現是絕對做不到的。這是微觀世界的規律，並非實驗手段的不足。

2、伽利略的自由落體實驗

伽利略(1564—1642)是近代自然科學的奠基者，是科學史上第一位現代意義上的科學家。他首先為自然科學創立了兩個研究法則：觀察實驗和量化方法，創立了實驗和數學相結合、真實實驗和理想實驗相結合的方法，從而創造了和以往不同的近代科學研究方法，使近代物理學從此走上了以實驗精確觀測為基礎的道路。愛因斯坦高度評價道：「伽利略的發現以及他所應用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一」。

16世紀以前，希臘最著名的思想家和哲學家亞里斯多德是第一個研究物理現象的科學巨人，他的《物理學》一書是世界上最早的物理學專著。但是亞里斯多德在研究物理學時並不依靠實驗，而是從原始的直接經驗出發，用哲學思辨代替科學實驗。亞里斯多德認為每一個物體都有回到自然位置的特性，物體回到自然位置的運動就是自然運動。這種運動取決於物體的本性，不需要外部的作用。自由落體是典型的自然運動，物體越重，回到自然位置的傾向越大，因而在自由落體運動中，物體越重，下落越快;物體越輕，下落越慢。

伽利略當時在比薩大學任職，他大膽地向亞里斯多德的觀點挑戰。伽利略設想了一個理想實驗：讓一重物體和一輕物體束縛在一起同時下落。按照亞里斯多德的觀點，這一理想實驗將會得到兩個結論。首先，由於這一聯結，重物受到輕物的牽連與阻礙，下落速度將會減慢，下落時間將會延長;其次，也由於這一聯結，聯結體的重量之和大於原重物體;因而下落時間會更短。顯然這是兩個截然相反的結論。

伽利略利用理想實驗和科學推理，巧妙地揭示了亞里斯多德運動理論的內在矛盾，打開了亞里斯多德運動理論的缺口，導致了物理學的真正誕生。

人們傳說伽利略從比薩斜塔上同時扔下一輕一重的物體，讓大家看到兩個物體同時落地，從而向世人展示了他尊重科學，不畏權威的可貴精神。

3、羅伯特·密立根的油滴試驗

很早以前，科學家就在研究電。人們知道這種無形的物質可以從天上的閃電中得到，也可以通過摩擦頭發得到。1897年，英國物理學家托馬斯已經得知如何獲取負電荷電流。1909年美國科學家羅伯特·密立根(1868—1953)開始測量電流的電荷。

他用一個香水瓶的噴頭向一個透明的小盒子里噴油滴。小盒子的頂部和底部分別放有一個通正電的電極和一個通負電的電極。當小油滴通過空氣時，就帶了一些靜電，它們下落的速度可以通過改變電極的電壓來控制。當去掉電場時，測量油滴在重力作用下的速度可以得出油滴半徑;加上電場後，可測出油滴在重力和電場力共同作用下的速度，並由此測出油滴得到或失去電荷後的速度變化。這樣，他可以一次連續幾個小時測量油滴的速度變化，即使工作因故被打斷，被電場平衡住的油滴經過一個多小時也不會跑多遠。

經過反復試驗，密立根得出結論：電荷的值是某個固定的常量，最小單位就是單個電子的帶電量。他認為電子本身既不是一個假想的也不是不確定的，而是一個「我們這一代人第一次看到的事實」。他在諾貝爾獎獲獎演講中強調了他的工作的兩條基本結論，即「電子電荷總是元電荷的確定的整數倍而不是分數倍」和「這一實驗的觀察者幾乎可以認為是看到了電子」。

「科學是用理論和實驗這兩只腳前進的」，密立根在他的獲獎演說中講道，「有時這只腳先邁出一步，有時是另一隻腳先邁出一步，但是前進要靠兩只腳：先建立理論然後做實驗，或者是先在實驗中得出了新的關系，然後再邁出理論這只腳並推動實驗前進，如此不斷交替進行」。他用非常形象的比喻說明了理論和實驗在科學發展中的作用。作為一名實驗物理學家，他不但重視實驗，也極為重視理論的指導作用。

4、牛頓的棱鏡分解太陽光

對光學問題的研究是牛頓(1642—1727)工作的重要部分之一，亦是他最後未完成的課題。牛頓1665年畢業於劍橋大學的三一學院，當時大家都認為白光是一種純的沒有其他顏色的光;而有色光是一種不知何故發生變化的光(亞里斯多德的理論)。1665—1667年間，年輕的牛頓獨自做了一系列實驗來研究各種光現象。他把一塊三棱鏡放在陽光下，透過三棱鏡，光在牆上被分解為不同顏色，後來我們將其稱作光譜。在他的手裡首次使三棱鏡變成了光譜儀，真正揭示了顏色起源的本質。1672年2月，牛頓懷著揭露大自然奧秘的興奮和喜悅，在第一篇正式的科學論文《白光的結構》中，闡述了他的顏色起源學說，「顏色不像一般所認為的那樣是從自然物體的折射或反射中所導出的光的性能，而是一種原始的、天生的性質」。「通常的白光確實是每一種不同顏色的光線的混合，光譜的伸長是由於玻璃對這些不同的光線折射本領不同」。

牛頓《光學》著作於1704年問世，其中第一節專門描述了關於顏色起源的棱鏡分光實驗和討論，肯定了白光由七種顏色組成。他還給這七種顏色進行了命名，直到現在，全世界的人都在使用牛頓命名的顏色。牛頓指出，「光帶被染成這樣的彩條：紫色、藍色、青色、綠色、黃色、橙色、紅色，還有所有的中間顏色，連續變化，順序連接」。正是這些紅、橙、黃、綠、青、藍、紫基礎色不同的色譜才形成了表面上顏色單一的白色光，如果你深入地看看，會發現白光是非常美麗的。

這一實驗後人可以不斷地重復進行，並得到與牛頓相同的實驗結果。自此以後七種顏色的理論就被人們普遍接受了。通過這一實驗，牛頓為光的色散理論奠定了基礎，並使人們對顏色的解釋擺脫了主觀視覺印象，從而走上了與客觀量度相聯系的科學軌道。同時，這一實驗開創了光譜學研究，不久，光譜分析就成為光學和物質結構研究的主要手段。

5、托馬斯·楊的光干涉試驗

牛頓在其《光學》的論著中認為光是由微粒組成的，而不是一種波。因此在其後的近百年間，人們對光學的認識幾乎停滯不前，沒有取得什麼實質性的進展。1800年英國物理學家托馬斯·楊(1773—1829)向這個觀點提出了挑戰，光學研究也獲得了飛躍性的發展。

楊在「關於聲和光的實驗與研究提綱」的論文中指出，光的微粒說存在著兩個缺點：一是既然發射出光微粒的力量是多種多樣的，那麼，為什麼又認為所有發光體發出的光都具有同樣的速度?二是透明物體表面產生部分反射時，為什麼同一類光線有的被反射，有的卻透過去了呢?楊認為，如果把光看成類似於聲音那樣的波動，上述兩個缺點就會避免。

為了證明光是波動的，楊在論文中把「干涉」一詞引入光學領域，提出光的「干涉原理」，即「同一光源的部分光線當從不同的渠道，恰好由同一個方向或者大致相同的方向進人眼睛時，光程差是固定長度的整數倍時最亮，相干涉的兩個部分處於均衡狀態時最暗，這個長度因顏色而異」。楊氏對此進行了實驗，他在百葉窗上開了一個小洞，然後用厚紙片蓋住，再在紙片上戳一個很小的洞。讓光線透過，並用一面鏡子反射透過的光線。然後他用一個厚約1/30英寸的紙片把這束光從中間分成兩束，結果看到了相交的光線和陰影。這說明兩束光線可以像波一樣相互干涉。這就是著名的「楊氏干涉實驗」。

楊氏實驗是物理學史上一個非常著名的實驗，楊氏以一種非常巧妙的方法獲得了兩束相干光，觀察到了干涉條紋。他第一次以明確的形式提出了光波疊加的原理，並以光的波動性解釋了干涉現象。隨著光學的發展，人們至今仍能從中提取出很多重要概念和新的認識。無論是經典光學還是近代光學，楊氏實驗的意義都是十分重大的。愛因斯坦(1879—1955)指出：光的波動說的成功，在牛頓物理學體繫上打開了第一道缺口，揭開了現今所謂的場物理學的第一章。這個試驗也為一個世紀後量子學說的創立起到了至關重要的作用。

6、卡文迪許扭矩實驗

牛頓的萬有引力理論指出：兩個物體之間的吸引力與它們質量的乘積成正比，與它們距離的平方成反比。但是萬有引力到底多大?

18世紀末，英國科學家亨利·卡文迪什(1731—1810)決定要找到一個計算方法。他把兩頭帶有金屬球的6英尺長的木棒用金屬線懸吊起來。再用兩個350磅重的皮球分別放在兩個懸掛著的金屬球足夠近的地方，以吸引金屬球轉動，從而使金屬線扭動，然後用自製的儀器測量出微小的轉動。

測量結果驚人的准確，他測出了萬有引力的引力常數G。牛頓萬有引力常數G的精確測量不僅對物理學有重要意義，同時也對天體力學、天文觀測學，以及地球物理學具有重要的實際意義。人們在卡文迪什實驗的基礎上可以准確地計算地球的密度和質量。

7、埃拉托色尼測量地球圓周

埃拉托色尼(約公元前276一約前194)公元前276年生於北非城市塞里尼(今利比亞的沙哈特)。他興趣廣泛，博學多才，是古代僅次於亞里斯多德的網路全書式的學者。只是因為他的著作全部失傳，今天才對他不太了解。

埃拉托色尼的科學工作極為廣泛，最為著名的成就是測定地球的大小，其方法完全是幾何學的。假定地球是一個球體，那麼同一個時間在地球上不同的地方，太陽線與地平面的夾角是不一樣的。只要測出這個夾角的差以及兩地之間的距離，地球周長就可以計算出來。他聽說在埃及的塞恩即今天的阿斯旺，夏至這天中午的陽光懸在頭頂，物體沒有影子，光線可以直射到井底，表明這時的太陽正好垂直塞恩的地面，埃拉托色尼意識到這可以幫助他測量地球的圓周。他測出了塞恩到亞歷山大城的距離，又測出夏至正中午時亞歷山大城垂直桿的桿長和影長，發現太陽光線有稍稍偏離，與垂直方向大約成7°角。剩下的就是幾何問題了。假設地球是球狀，那麼它的圓周應是360°。如果兩座城市成7°角(7/360的圓周)，就是當時5000個希臘運動場的距離，因此地球圓周應該是25萬個希臘運動場，約合4萬千米。今天我們知道埃拉托色尼的測量誤差僅僅在5%以內，即與實際只差100多千米。

8、伽利略的加速度試驗

伽利略利用理想實驗和科學推理巧妙地否定了亞里斯多德的自由落體運動理論。那麼正確的自由落體運動規律應是怎樣的呢?由於當時測量條件的限制，伽利略無法用直接測量運動速度的方法來尋找自由落體的運動規律。因此他設想用斜面來「沖淡」重力，「放慢」運動，而且把速度的測量轉化為對路程和時間的測量，並把自由落體運動看成為傾角為90°的斜面運動的特例。在這一思想的指導下，他做了一個6米多長，3米多寬的光滑直木板槽，再把這個木板槽傾斜固定，讓銅球從木槽頂端沿斜面滾下，然後測量銅球每次滾下的時間和距離的關系，並研究它們之間的數學關系。亞里斯多德曾預言滾動球的速度是均勻不變的：銅球滾動兩倍的時間就走出兩倍的路程。伽利略卻證明銅球滾動的路程和時間的平方成比例：兩倍的時間里，銅球滾動4倍的距離。他把實驗過程和結果詳細記載在1638年發表的著名的科學著作《關於兩門新科學的對話》中。

伽利略在實驗的基礎上，經過數學的計算和推理，得出假設;然後再用實驗加以檢驗，由此得出正確的自由落體運動規律。這種研究方法後來成了近代自然科學研究的基本程序和方法。

伽利略的斜面加速度實驗還是把真實實驗和理想實驗相結合的典範。伽利略在斜面實驗中發現，只要把摩擦減小到可以忽略的程度，小球從一斜面滾下之後，可以滾上另一斜面，而與斜面的傾角無關。也就是說，無論第二個斜面伸展多遠，小球總能達到和出發點相同的高度。如果第二斜面水平放置，而且無限延長，則小球會一直運動下去。這實際上是我們現在所說的慣性運動。因此，力不再是亞里斯多德所說的維持運動的原因，而是改變運動狀態(加速或減速)的原因。

把真實實驗和理想實驗相結合，把經驗和理性(包括數學論證)相結合的方法，是伽利略對近代科學的重大貢獻。實驗不是也不可能是自然觀象的完全再現，而是在人類理性指導下的對自然現象的一種簡化和純化，因而實驗必須有理性的參與和指導。伽利略既重視實驗，又重視理性思維，強調科學是用理性思維把自然過程加以純化、簡化，從而找出其數學關系。因此，是伽利略開創了近代自然科學中經驗和理性相結合的傳統。這一結合不僅對物理學，而且對整個近代自然科學都產生了深遠的影響。正如愛因斯坦所說：「人的思維創造出一直在改變的宇宙圖景，伽利略對科學的貢獻就在於毀滅直覺的觀點而用新的觀點來代替它。這就是伽利略的發現的重要意義」。

9、盧瑟福散射與原子的有核模型

盧瑟福(1871—1937)在1898年發現了a射線。1911年盧瑟福在曼徹斯特大學做放射能實驗時，原子在人們的印象中就好像是「葡萄乾布丁」，即大量正電荷聚集的糊狀物質，中間包含著電子微粒，但是他和他的助手發現向金箔發射帶正電的a射線微粒時有少量被彈回，這使他們非常吃驚。通過計算證明，只有假設正電球集中了原子的絕大部分質量，並且它的直徑比原子直徑小得多時，才能正確解釋這個不可想像的實驗結果。為此盧瑟福提出了原子的有核模型：原子並不是一團糊狀物質，大部分物質集中在一個中心的小核上，稱之為核子，電子在它周圍環繞。

這是一個開創新時代的實驗，是一個導致原子物理和原子核物理肇始的具有里程碑性質的重要實驗。同時他推演出一套可供實驗驗證的盧瑟福散射理論。以散射為手段研究物質結構的方法，對近代物理有相當重要的影響。一旦我們在散射實驗中觀察到盧瑟福散射的特徵，即所謂「盧瑟福影子」，則可預料到在研究的對象中可能存在著「點」狀的亞結構。此外，盧瑟福散射也為材料分析提供了一種有力的手段。根據被靶物質大角散射回來的粒子能譜，可以研究物質材料表面的性質(如有無雜質及雜質的種類和分布等)，按此原理製成的「盧瑟福質譜儀」已得到廣泛應用。

10、米歇爾·傅科鍾擺試驗

1851年，法國著名物理學家傅科(1819—1868)為驗證地球自轉，當眾做了一個實驗，用一根長達67m的鋼絲吊著一個重28kg的擺錘《擺錘直徑0.30m)，擺錘的頭上帶有鋼筆，可觀測記錄它的擺動軌跡。傅科的演示說明地球是在圍繞地軸旋轉。在巴黎的緯度上，鍾擺的軌跡是順時針方向，30小時一周期;在南半球，鍾擺應是逆時針轉動;而在赤道上將不會轉動;在南極，轉動周期是24小時。

這一實驗裝置被後人稱為傅科擺，也是人類第一次用來驗證地球自轉的實驗裝置。該裝置可以顯示由於地球自轉而產生科里奧利力的作用效應，也就是傅科擺振動平面繞鉛垂線發生偏轉的現象，即傅科效應。實際上這等同於觀察者觀察到地球在擺下的自轉。

初中力學經典實驗

力學部分

實驗一：天平測量

【實驗器材】天平(托盤天平)。

【實驗步驟】

1.把天平放在水平桌面上，取下兩端的橡皮墊圈。

2.游碼移到標尺最左端零刻度處(游碼歸零，游碼的最左端與零刻度線對齊)。

3.調節兩端的平衡螺母(若左盤較高，平衡螺母向左擰;右盤同理)，直至指針指在刻度盤中央，天平水平平衡。

4.左物右碼，直至天平重新水平平衡。(加減砝碼或移動游碼)

5.讀數時，被測物體質量=砝碼質量+游碼示數(m 物=m 砝+m 游)

【實驗記錄】此物體質量如圖：62 g

實驗二：彈簧測力計測力

【實驗器材】細線、彈簧測力計、鉤碼、木塊

【實驗步驟】

測量前：

1.完成彈簧測力計的調零。(沿測量方向水平調零)

2.記錄該彈簧測力計的測量范圍是 0~5 N，最小分度值是 0.2 N。

測量時：拉力方向沿著彈簧伸長方向。

【實驗結論】如圖所示，彈簧測力計的示數 F=1.8 N。

實驗三：驗證阿基米德原理

【實驗器材】彈簧測力計、金屬塊、量筒、水

【實驗步驟】

1.把金屬塊掛在彈簧測力計下端，記下測力計的示數F1。

2.在量筒中倒入適量的水，記下液面示數 V1。

3.把金屬塊浸沒在水中，記下測力計的示數 F2 和此時液面的示數 V2。

4.根據測力計的兩次示數差計算出物體所受的浮力(F 浮=F1-F2)。

5.計算出物體排開液體的體積(V2-V1)，再通過 G水=ρ(V2-V1)g 計算出物體排開液體的重力。

6.比較浸在液體中的物體受到浮力大小與物體排開液體重力之間的關系。(物體所受浮力等於物體排開液體所受重力)

【實驗結論】

液體受到的浮力大小等於物體排開液體所受重力的大小

實驗四：測定物質的密度

(1)測定固體的密度

【實驗器材】天平、量筒、水、燒杯、細線、石塊等。

【實驗步驟】

1.用天平測量出石塊的質量為 48.0 g。

2.在量筒中倒入適量的水，測得水的體積為 20 ml。

3.將石塊浸沒在量筒內的水中，測得石塊的體積為cm 3 。

【實驗結論】

根據公式計算出石塊的密度為 2400 kg/m 3 。

多次實驗目的：多次測量取平均值，減小誤差

(2)測定液體的密度

【實驗步驟】

1.測出容器與液體的總質量(m總)。

2.將一部分液體倒入量筒中，讀出體積 V。

3.測容器質量(m容)與剩餘液體質量(m剩=m總-m容) 。

4.算出密度：ρ

實驗五：物質質量&體積與那些因素有關

【實驗器材】量筒、天平、水、體積不等的若干銅塊和鐵塊。

【實驗步驟】

1.用天平測出不同銅塊和鐵塊的質量，用量筒測出不同銅塊和鐵塊的體積。

2.要記錄的物理量有質量，體積。

3.設計表格：

【實驗結論】

1.同種物質，質量與體積成正比。

2.同種物質，質量和體積的比值相同。

3.不同物質，質量和體積的比值不同。

4.體積相同的不同物質，質量不同。

實驗六：探究二力平衡的條件

【實驗器材】彈簧測力計、一張硬紙板、細繩、剪刀等。

【實驗步驟】

探究當物體處於靜止時，兩個力的關系;探究當物體處於勻速直線運動狀態時，兩個力的關系。

1.如圖 a 所示，作用在同一物體上的兩個力，在大小相等、方向相反的情況下，它們還必須在同一直線，這二力才能平衡。

2.如圖 b、c 所示，兩個力在大小相等、方向相反且在同一直線上的情況下，它們還必須在同一物體上，這二力才能平衡。

【實驗結論】

二力平衡的條件： 1.大小相等(等大)2.方向相反(反向)3.同一直線(共線)4.同一物體(同體)

實驗七：探究液體內部壓強與哪些因素有關

【實驗器材】U 形管壓強計、大量筒、水、鹽水等。

【實驗步驟】

1.將金屬盒放入水中一定深度，觀察 U 形管液面高度差變大，這說明同種液體，深度越深，液體內部壓強越大。

2.保持金屬盒在水中的深度，改變金屬盒的方向，觀察 U 形管液面的高度差相同，這現象說明：同種液體，深度相同，液體內部向各個方向的壓強都相等。

3.保持金屬盒的深度不變，把水換成鹽水，觀察 U 形管液面高度差變化，可以探究液體內部的壓強與液體密度(液體種類)的關系。

同一深度，液體密度越大，液體內部壓強越大。

【注意】

在調節金屬盒的朝向和深度時，眼睛要注意觀察 U 形管壓強計兩邊液面的高度差的變化情況。

在研究液體內部壓強與液體密度的關系時，要保持金屬盒在不同液體中的深度相同。

實驗八：探究杠桿平衡的條件

【實驗器材】帶刻度的均勻杠桿、鐵架台、彈簧測力計、鉤碼和細線等。

【實驗步驟】

1.把杠桿的中點支在鐵架台上，調節杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡，這樣做的目的是方便直接在杠桿上讀出力臂值。(研究時必須讓杠桿在水平位置平衡後，才能記錄實驗數據)

2.將鉤碼分別掛在杠桿的兩側，改變鉤碼的位置或個數使杠桿在水平位置保持平衡。

3.所需記錄的數據是動力、動力臂、阻力、阻力臂。

4.把鉤碼掛在杠桿上，在支點的同側用測力計豎直向上拉杠桿，重復實驗記錄數據，需多次改變杠桿所受作用力大小，方向和作用點。(多次實驗，得出普遍物理規律)

【實驗結論】

杠桿的平衡條件是：當杠桿平衡時，動力×動力臂=阻力×阻力臂，若動力和阻力在支點的異側，則這兩個力的方向相同;若動力和阻力在支點的同側，則這兩個力的方向相反。

10. 可否介紹一下傅科的生平和傅科擺實驗的過程

傅科(Foucault，JeanBernandLeon，1819—1868)是19世紀中葉法國傑出的實驗物理學家．起初學習醫學，後來放棄學醫從事實驗研究，做了許多重要的物理實驗和技術發明．傅科一生設計和完成的儀器裝置，在科學和技術領域解決了許多實際問題．他的工作不僅促進了物理學的發展，而且在技術的發展中起了十分重要的作用．他的名字和功績在物理學發展史上留下了光輝的一頁．
傅科擺實驗的過程http://bd.tjjy.com.cn/gzdl/Article_Show.asp?ArticleID=38