[实用新型]科里奥利力演示仪

说明书

技术领域

本实用新型属于教学演示实验设备技术领域，具体涉及一种科里奥利力演示仪。

背景技术

物体相对转动的非惯性系运动时受到一个作用力，此力称为科里奥利力，它是很多地理现象、力学现象的原因。如信风的形成，在北半球、南半球沿经线流动的河流河水对两岸的冲刷程度不同，落体轨道偏东等现象，因此科里奥利力的作用随处可见。但由于这个理论很抽象，学生很难接受，历来是课堂教学中的一个难点。历史上第一个证明科里奥利力存在的是著名的傅科摆实验，但此装置体积庞大、且要得到实验结果要等很长时间，不适合在理论课堂上做。如一个摆长为1米的傅科摆，摆动一小时，摆动平面的偏转才7°多，仪器笨重、现象缓慢，且由于参数不可调，只能看到地球这个非惯性系作用的结果，如何快捷、直观的演示科里奥利力的存在，且仪器轻巧、便携带，一直是困扰物理教师的一个问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种体积小、携带方便、操作简单，可以迅速地在课堂上向学生演示科里奥利力的存在及相关因素的装置。

本实用新型是从科里奥利力的定义式出发设计的。科氏力的计算公式为：

其中是物体相对非惯性系运动的速度，是非惯性系转动的角速度，可见科氏力的大小与参照系转动的角速度、物体相对动系的运动速度成正比。

本实用新型提出的科里奥利力演示装置，是由电机带动一个固定装置转动，形成一个转动的非惯性系，且转速可调，在固定装置上装有单摆，单摆可随固定装置转动，并同时自身进行摆动，单摆在运动中相对固定装置有一个相对运动速度，此速度可通过调节摆长来改变，所以此装置不仅可以说明地球上的科氏力现象，还可从更普遍的层面上说明科里奥利力的存在及相关因素。

本装置自上而下的分为演示部分和动力部分两个部分。

演示部分：由支架1、单摆2和地球仪3组成。支架1由底板4、立柱5和顶板6组成；立柱5安装在底板4和顶板6之间，固定连接。底板4设计成圆盘形状，上面标有刻度，即在底板的侧面每30度标记一个刻度，以显示摆动平面的偏转；例如使用不同的颜色来表示每一个刻度，以便从远处也可定性观察实验结果。底板上面固定有2~3根立柱5，立柱5的长度不少于60cm，立柱5的上端与顶板相连，顶板形状不限。单摆2与顶板6连接。由细绳和小球构成的单摆2固定在支架的顶板上，摆长可调。

动力部分：本实用新型装置的动力来源是一个小型直流电机，该电机的上方设有电机轴，该电机轴与一根长轴的一端固定连接，该长轴穿过地球仪3，另一端与支架的底板4的中心固定连接。当电机通电转动时，将带动支架及单摆装置与其同步转动。通过设计电路，可改调节电机上面的电压，从而改变整个装置的转速；转速不同，单摆摆动平面偏转的快慢不同。另外，在仪器的正前方可设有一个显示转动快慢的转速显示屏，可以直观的显示转速。

本实用新型中，当整个支架1被带动着转动时，单摆2也会相对固定它的装置有一个相对运动速度，此时摆球运动中必受到科氏力的作用，单摆处于转动的非惯性系中，若同时又令单摆2做摆动，则摆球在边转边摆的过程中，摆球相对支架1的摆动平面会发生偏转，此偏转的幅度可由支架的底板大致读出，此即为科氏力作用的结果。通过调节电机的转速或调节单摆的摆长，可改变单位时间内摆动平面偏转的角度。底板的下方安装的地球仪，可为讲解、分析各种与科里奥利力有关的地理现象提供道具。

本实用新型是从科里奥利力的定义式出发设计的仪器，可以方便直观的演示科氏力的存在，装置摆动平面每秒钟偏转可达7°以上，实验结果瞬间可得。同时通过调节仪器参数，可调节科氏力的大小，从而不仅可以说明地球上的科氏力现象，还可从更普遍的层面上说明科里奥利力的存在及相关因素。

附图说明

图1为装置示意图。

图中标号：1为支架，2为单摆，3为地球仪，4为底板，5为立柱，6为顶板，7为电机。

具体实施方式

由支架1、单摆2和地球仪3组成演示部分。支架1采用硬质材料，其由底板4、立柱5和顶板6组成；立柱5安装在底板4和顶板6之间，固定连接。底板4设计成圆盘形状，上面标有刻度，即在底板的侧面每30度用一种颜色来表示，以便从远处也可定性观察实验结果。底板上面固定有2~3根立柱5，立柱5的长度不少于60公分，立柱5的上端与顶板相连。顶板形状不限，用于固定单摆2。由细绳和小球构成的单摆2固定在支架的顶板上，摆长可调。

动力部分采用一个小型直流电机，在电机的上方，与电机轴固定连接着一根长轴，此轴穿过地球仪，与支架的底板4固定连接，当电机通电转动时，将带动支架及单摆装置与其同步转动。通过设计电路，可改变加在电机上面的电压，从而调节整个装置的转速，转速不同，单摆摆动平面偏转的快慢不同。另外，在仪器的正前方设计有一个显示转动快慢的窗口，可以直观的显示转速。