傅科擺實驗裝置描寫

A. 地理那些事丨只要有「傅科擺」，你就可以看到地球自轉

自轉是地球的一種重要運動形式，自轉時，地球面對太陽的半球是明亮的白天，背對太陽的另一半是黑夜。有了地球的自轉，才有了不斷交替的白晝與黑夜。同時，地球自轉是按照一根假想的軸進行運轉的，我們把它稱為地軸。在地球儀上我們可以看到，地軸通過地球中心，並連接南極和北極。

人類第一次用實驗證明地球自轉的現象要追溯到19世紀中期。1851年，法國物理學家傅科在巴黎國葬院（法蘭西共和國的先賢祠）安放了一個鍾擺裝置，鍾擺的長度為67米，底部的擺錘是重達28千克的鐵球，在鐵球的下方鑲嵌了一枚細長的尖針。傅科的設想是，當鍾擺擺動時，在沒有頌殲碧外力的作用下，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，而懸在空中的鍾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。

吊掛在法國巴黎先賢祠穹頂上的「傅科擺」

傅科

雖然原理是這樣，但是改芹實驗卻並不好做。由於鍾擺方向的改變是極其細微的，所以稍強一野舉點兒的氣流就會影響實驗結果的准確性。而且由於擺臂越長，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足夠高的廳堂中，頂棚用來懸掛鍾擺。因此，傅科最後選擇了巴黎高聳的國葬院作為實驗場所，並在鍾擺的下方安置了一個沙盤。在鍾擺運動時，細長的針尖會在沙盤上劃出一道道的痕跡，從而記錄擺動的方向。

所有準備工作做好後，傅科開始聚精會神地進行實驗。一秒鍾、一分鍾……在場的人全都屏住了呼吸。實驗結果與傅科的設想完全吻合，鍾擺的擺動顯示為由東向西的、緩慢而持續地旋轉。傅科的演示直接證明了地球自西向東的自轉，所以人們把實驗中的鍾擺稱為「傅科擺」。

文/呂嘉文

B. 傅科擺的原理及儀器的具體介紹 （附圖最好）謝謝

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。
參考資料：http://www.bioon.com.cn/popular/Class405/dili/200406/51194.html
1851年法國物理學家傅科為證明地球自轉所設計的一種擺，稱為博科擺。傅科擺繩長67米，繩端擺錘重27千克，這種擺自由擺動時間較長，便於人們觀察。擺下有一個有刻度的圓盤，盤上刻有通過圓心的直線。靜止時，擺錘正中應對准盤的圓心，觀察時先確定盤中某一直線與通過圓心的子午線重合，然後推動擺錘沿子午線方向作南北方向轉動。過一段時間，就會看到擺動方向偏離了子午線方向。在北半球向右偏轉，時間越長，偏轉的角度越大。擺開始動以後，除重力外，沒有受其他力的作用，按照慣性定律，擺的方向是應該不變的；但擺卻偏轉了。這是因為地球自轉的緣故。我們站在地球上，隨著地球一起自轉，感覺不到子午線的方向在變化，反而覺得是擺在偏轉。假若傅科擺在北極，以極點為圓盤的中心，轉一周為24小時，每小時偏轉15°。擺若設在赤道，則不發生偏離；擺若在赤道與兩極之間的任何緯度上，擺動平面偏轉角速度（θ）與緯度（φ）的正弦函數成正比。即θ＝t·sinφ。（t為地球每小時所轉的角度）。在南半球，擺向左偏轉。

C. 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

D. 傅科擺可以證明什麼

傅科擺可以證明地球自轉。是依據法國物理學家萊昂·傅科命名的，是證明地球自轉的一種簡單設備。雖然人們長久以來都知道地球在自轉，但傅科擺第一次以簡單的實驗予以證明。

傅科擺懸掛方法：

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。為皮睜解決這一問題，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。

傅科擺放置的位置不同，擺動情況也不同。在北半球時，擺動平面順時針轉動；在南半球時，擺動平面逆時殲渣針轉動。而且緯燃改歲度越高，轉動速度越快，在赤道上的擺幾乎不轉動，在兩極極點旋轉一周的周期則為一恆星日（23小時56分4秒），簡單計算中可視為24小時。傅科擺擺動平面偏轉的角度可用公式θ°=15°tsinφ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°。

E. 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.

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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).

F. 「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。

G. 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。

H. 傅科擺為什麼能夠證明地球在自轉

傅虛悄科擺是因為慣性能夠證明地球在自轉。
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，在地消鋒面上的觀察者，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。
這項顯示地球自轉的裝置，是1851年傅科在巴黎拿譽晌首先製成的，雖然早在1650年，已有人觀察到擺的振動面在緩慢地旋轉，但卻未能對此現象作出正確的解釋。所以我們現在把用來顯示地球自轉的這種裝置叫傅科擺。