傅科摆实验装置描写

A. 地理那些事丨只要有“傅科摆”，你就可以看到地球自转

自转是地球的一种重要运动形式，自转时，地球面对太阳的半球是明亮的白天，背对太阳的另一半是黑夜。有了地球的自转，才有了不断交替的白昼与黑夜。同时，地球自转是按照一根假想的轴进行运转的，我们把它称为地轴。在地球仪上我们可以看到，地轴通过地球中心，并连接南极和北极。

人类第一次用实验证明地球自转的现象要追溯到19世纪中期。1851年，法国物理学家傅科在巴黎国葬院（法兰西共和国的先贤祠）安放了一个钟摆装置，钟摆的长度为67米，底部的摆锤是重达28千克的铁球，在铁球的下方镶嵌了一枚细长的尖针。傅科的设想是，当钟摆摆动时，在没有颂歼碧外力的作用下，它将保持固定的摆动方向。如果地球在转动，那么钟摆下方的地面将旋转，而悬在空中的钟摆具有保持原来摆动方向的趋势，对于观察者来说，钟摆的摆动方向将会相对于地面发生变化。

吊挂在法国巴黎先贤祠穹顶上的“傅科摆”

傅科

虽然原理是这样，但是改芹实验却并不好做。由于钟摆方向的改变是极其细微的，所以稍强一野举点儿的气流就会影响实验结果的准确性。而且由于摆臂越长，实验效果越明显，所以为了观察到方向的改变，实验地点一定要设置在顶棚足够高的厅堂中，顶棚用来悬挂钟摆。因此，傅科最后选择了巴黎高耸的国葬院作为实验场所，并在钟摆的下方安置了一个沙盘。在钟摆运动时，细长的针尖会在沙盘上划出一道道的痕迹，从而记录摆动的方向。

所有准备工作做好后，傅科开始聚精会神地进行实验。一秒钟、一分钟……在场的人全都屏住了呼吸。实验结果与傅科的设想完全吻合，钟摆的摆动显示为由东向西的、缓慢而持续地旋转。傅科的演示直接证明了地球自西向东的自转，所以人们把实验中的钟摆称为“傅科摆”。

文/吕嘉文

B. 傅科摆的原理及仪器的具体介绍 （附图最好）谢谢

1851年，法国物理学家让·傅科在巴黎国葬院安放了一个钟摆装置，摆的长度为67米，底部的摆锤是重28千克的铁球，在铁球的下方镶嵌了一枚细长的尖针。这个巨大的装置是用来做什么的呢？原来，傅科要证明地球的自转。他设想，当钟摆摆动时，在没有外力的作用下，它将保持固定的摆动方向。如果地球在转动，那么钟摆下方的地面将旋转，而悬在空中的摆具有保持原来摆动方向的趋势，对于观察者来说，钟摆的摆动方向将会相对于地面发生变化。原理想通了，实验却并不好做。由于钟摆方向的改变是细微的，所以稍强一些的气流就会使实验结果发生变化。由于摆臂越长，实验效果越明显，所以为了观察到方向的改变，实验地点一定要设置在顶棚很高的厅堂中，顶棚用来悬挂钟摆。傅科最后选择了巴黎高耸的国葬院作为实验场所，并在摆的下放安置了一个沙盘。在摆运动时，摆尖会在沙盘上划出一道道的痕迹，从而记录了摆动方向。
实验的结果与傅科的设想完全吻合，摆的摆动显示为由东向西的、缓慢而持续的方向旋转。傅科的演示直接证明了地球自西向东的自转，所以人们称呼实验中的钟摆为“傅科摆”，当时的法国政府还向傅科颁发了荣誉骑士五级勋章，以表彰他的科学贡献。傅科的实验引发了全世界的一股实验热潮，各地的人们纷纷效仿傅科，用长长的钟摆来揭示地球的自转。人们发现，在地球的两极，傅科摆的摆动平面24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。
地球每24小时自转一周，由于赤道的周长约4万千米，因此人们有“坐地日行八万里”的说法。在赤道上的一点，速度是每秒接近500米，这是子弹出膛时的速度。我们像子弹一样地飞驰，却没有一丝感觉，是由于在惯性的影响下，周围的物体都跟随地球高速转动，彼此之间倒是不即不离。不识地球的庐山真面目，只缘我们身在此山中。
前面提到，傅科摆在地球的不同地点旋转的速度是不同的，这说明了地球表面不同地点的线速度不同，因此，傅科摆不仅能够验证地球自转，它也可以用于发现摆所处的纬度。
参考资料：http://www.bioon.com.cn/popular/Class405/dili/200406/51194.html
1851年法国物理学家傅科为证明地球自转所设计的一种摆，称为博科摆。傅科摆绳长67米，绳端摆锤重27千克，这种摆自由摆动时间较长，便于人们观察。摆下有一个有刻度的圆盘，盘上刻有通过圆心的直线。静止时，摆锤正中应对准盘的圆心，观察时先确定盘中某一直线与通过圆心的子午线重合，然后推动摆锤沿子午线方向作南北方向转动。过一段时间，就会看到摆动方向偏离了子午线方向。在北半球向右偏转，时间越长，偏转的角度越大。摆开始动以后，除重力外，没有受其他力的作用，按照惯性定律，摆的方向是应该不变的；但摆却偏转了。这是因为地球自转的缘故。我们站在地球上，随着地球一起自转，感觉不到子午线的方向在变化，反而觉得是摆在偏转。假若傅科摆在北极，以极点为圆盘的中心，转一周为24小时，每小时偏转15°。摆若设在赤道，则不发生偏离；摆若在赤道与两极之间的任何纬度上，摆动平面偏转角速度（θ）与纬度（φ）的正弦函数成正比。即θ＝t·sinφ。（t为地球每小时所转的角度）。在南半球，摆向左偏转。

C. 可否介绍一下傅科的生平和傅科摆实验的过程

傅科(Foucault，JeanBernandLeon，1819—1868)是19世纪中叶法国杰出的实验物理学家．起初学习医学，后来放弃学医从事实验研究，做了许多重要的物理实验和技术发明．傅科一生设计和完成的仪器装置，在科学和技术领域解决了许多实际问题．他的工作不仅促进了物理学的发展，而且在技术的发展中起了十分重要的作用．他的名字和功绩在物理学发展史上留下了光辉的一页．
傅科摆实验的过程http://bd.tjjy.com.cn/gzdl/Article_Show.asp?ArticleID=38

D. 傅科摆可以证明什么

傅科摆可以证明地球自转。是依据法国物理学家莱昂·傅科命名的，是证明地球自转的一种简单设备。虽然人们长久以来都知道地球在自转，但傅科摆第一次以简单的实验予以证明。

傅科摆悬挂方法：

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。为皮睁解决这一问题，傅科采取了一种简单而巧妙的装置－万向节，从而使摆动平面超然于地球的自转。

傅科摆放置的位置不同，摆动情况也不同。在北半球时，摆动平面顺时针转动；在南半球时，摆动平面逆时歼渣针转动。而且纬燃改岁度越高，转动速度越快，在赤道上的摆几乎不转动，在两极极点旋转一周的周期则为一恒星日（23小时56分4秒），简单计算中可视为24小时。傅科摆摆动平面偏转的角度可用公式θ°=15°tsinφ来求，单位是度。式中φ代表当地地理纬度，t为偏转所用的时间，用小时作单位，因为地球自转角速度1小时等于15°，所以，为了换算，公式中乘以15°。

E. 最美实验之一——傅科摆

地球“动”、“静”之谜

我们从中学地理课上学到，地球绕自转轴自西向东转动，自转一周耗时约23小时56分。

穿越回巴黎

他是十九世纪法国杰出的实验物理学家

这位物理学家早年执着于天文摄影技术的研究

在不断尝试之后设计了一个精妙绝伦的实验演示

来证明地球的自转

其设备之简单，设计之巧妙，现象之明显，结论之直观

被誉为物理学史上最美丽的实验之一

假装穿越中

再次穿越中

咱们来的正是时候，先贤祠的大厅里挤满了穿着盛装的人们，仿佛在参加一场宴会，还有很多人陆陆续续进场想要亲眼见证物理学家先前宣传栏里写的“来看看地球自转吧”。

傅科正在向大家介绍实验的基本情况：选用了一个直径为30 厘米、重28千克的摆锤, 摆线长67 米，悬挂在大厅屋顶的中央，并且可以在任何方向自由摆动，摆锤的下面放有直径6 米的巨大沙盘。如果摆锤经过沙盘上方, 摆锤下面的指针就会在沙盘上面留下运动的轨迹。将摆锤高高地拉向一侧，用绳子拴在墙上。当一切都平静后，就放火烧断拴摆锤的绳子。绳断了，摆锤就会开始摆动。实验马上就要开始了，大家屏住呼吸，生怕自己呼出的气流影响摆锤的稳定。

只见火苗烧断了拴住摆锤的绳子，摆锤顺势开始做单摆运动。按照惯性定律，摆锤会在同一平面内运动，在沙盘上画出唯一轨迹。可是随着时间的推移，人们惊奇地发现摆锤的轨迹沿顺时针方向发生了偏转，摆锤每经过一个周期在沙盘上画出的轨迹都会偏离原来的轨迹。经现场科学家测量，每经过一个周期的振荡（周期约为16.5 秒），两个轨迹之间就会相差大约3 毫米，每小时偏转11°20' ，约31 小时47 分摆锤回到原处。我们仿佛听到有人在惊呼：“脚下的地球好像真的在转动啊！”

科普时间到！

首先，我们来看本次实验的精妙之处：

第一, 他利用了很长的摆线, 可以让摆动的时间足够长而便于观察；

第二， 他使用了质量很大的摆球, 质量大可以增大惯性, 在摆动开始的时候具有足够的机械能，并可以减少空气阻力带来的影响；

第三，普通悬挂摆的支架会带动摆参与地球的自转，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，摆线可以在任意方向运动, 这有利于保持摆动平面不变化。

为什么傅科摆沿顺时针改变摆动方向说明了地球在沿逆时针方向自转呢?

这是由单摆的物理特性得出的结论。从单摆的物理特性出发，给摆一个恰当的起始作用力，它就会一直沿着某一方向，或者说某一平面运动。如果摆的摆角小于5 度的话，摆锤可以视为做一维运动的谐振子。把摆锤的运动看做一维谐振，傅科摆摆动起来以后并不改变摆动方向，然而我们站在地球上，看不到地球的转动，却看到傅科摆是在沿顺时针方向转动了一定的角度，不断地改变它的摆动方向，这说明摆动平面和地球发生了相对转动，这便证明了地球发生了自转。简单地说就是摆动平面没有变，而是脚下的地球在转动。从上往下看，地球在北半球沿逆时针自转，在南半球沿顺时针旋转，因此摆的摆动方向在北半球是顺时针的，在南半球是逆时针的。

答案是在赤道上观察不到傅科摆的转动。

摆锤在沙盘上的运动轨迹可近似地认为处在摆锤静时在地球的投影点的切面上。在北极(南极)处，这个切面和地轴垂直，很容易便观察到摆动平面和地球的相对转动；但在赤道处，这个切面和地轴是平行的, 所以就无法再观察到相对转动了；在介于极地和赤道之间的地方, 摆锤的运动可以分解为沿地轴方向的和与之垂直的方向上的两个分运动, 后者会产生相对地面的旋转，这两个分运动合成的结果是，从地面上的人看来，傅科摆以某种角速度缓慢的旋转——介于在北极和赤道的角速度之间。这就是在各地利用傅科摆实验观察地球的自转, 所观察到的周期不同的缘故。如果在北极观测到傅科摆旋转一周的时间是A（A=24h），那么在任意纬度γ上，傅科摆旋转一周所需的时间是A/sinγ。

参考文献

1. 王岩松, 王文全, 苗元华, 等. 地球真的在自转啊——米歇尔·傅科摆实验——“最美丽”的十大物理实验之四[J]. 物理通报, 2003(7):42-45.

2.苏咏梅, 王振宇. 傅科摆的原理和运行轨迹分析[J]. 价值工程, 2010, 29(31):148-150.

3. 袁俊平. 傅科摆是怎样证明地球自转的[J]. 中学物理教学参考, 2010(11):39-41.

4. 朱亚红. 史上最美的物理实验——傅科摆实验[J]. 物理之友, 2015(4).

F. “傅科摆”的实验是如何设计的

法国物理学家傅科在物理学史上以其“傅科摆”的实验著称于世。1850年，傅科设计了一面旋转的镜子，让镜子用一定的速度转动，使它在光线发出并且从一面静止的镜子反射回来的这段时间里，刚好旋转一圈。这样，能够准确地测得光线来回所用的时间，就可以算出光的速度。

G. 傅科摆的过程是什么

这个实验的装置包括一个高大的、在任意垂直平面上振荡的单摆。单摆摆动的方向会因为地球本身的周日转动而改变。这是因为单摆的摆动平面，像陀螺仪一样，当地球转动时仍会在空间中保持固定的方向。傅科摆于1851年2月首度次在巴黎天文台的子午仪室公开展示。几个星期之后，傅科制做了他最著名的单摆，他在巴黎先贤祠的拱顶下以67米长的钢索悬挂着一颗28千克重的铅锤。这个单摆的摆动平面以每小时顺时针方向11°，以32.7小时环绕一圈。1855年，这个单摆被移到国立巴黎工艺技术学院的国立工艺博物馆。在2010年4月6日，在国立工艺博物馆悬挂铅锤的钢索断裂，使单摆和博物馆的大理石地板受到无法修补的损坏。

在北极的傅科摆，当在它下面的地球旋转时，摆仍在原来的同一平面上摆动。

无论是在南极或北极，当单摆下面的地球以一个恒星日旋转了一周，摆的振荡平面相对于恒星是固定不变的。所以相对于地球，在南极或北极的摆的振荡平面以一天的时间，分别以顺时针或逆时针方向旋转了一周。当傅科摆被悬挂在赤道上，摆的振荡平面相对于地球是固定不变的，也就是说观察不到傅科摆现象。

H. 傅科摆为什么能够证明地球在自转

傅虚悄科摆是因为惯性能够证明地球在自转。
傅科摆是一个单摆，底板有一个量角器。
单摆振动时，振动面依理应保持不变，但因地球在自转，在地消锋面上的观察者，不能发觉地球在转，但在相当长的时期内，却发现摆的振动面不断偏转。
从力学的观点来看，这也是由于受到了科里奥利力影响的缘故。
这项显示地球自转的装置，是1851年傅科在巴黎拿誉晌首先制成的，虽然早在1650年，已有人观察到摆的振动面在缓慢地旋转，但却未能对此现象作出正确的解释。所以我们现在把用来显示地球自转的这种装置叫傅科摆。