一、实验目的

演示科里奥利力的存在。

二、背景知识

科里奥利(Coriolis, Gustave Gaspard de)，法国物理学家。1835年，他着手从数学上和实验上研究自旋表面上的运动问题。地球每24小时自转一周。赤道上的一点，一天内行进25000英里，因此每小时大约向东行进1000英里。在纽约纬度地面上的一点，一天只需行进19000英里，向东行进的速度仅约为每小时800英里。由赤道向北流动的空气，保持其较快的速度，因此相对于它下面运动较慢的地面而言会向东行进。水流的情况也是一样。因此，空气和水在背向赤道流动时好像被推向东运动，反之会向西运动，推动它们运动的力就称为科里奥利力。这种力不是真实存在的!只是“惯性”的表现而已。正是这种“力”造成了飓风和龙卷风的旋转运动。研究大炮射击、卫星发射等技术问题时，必须考虑到这种力。

科里奥利也是对动能和功给出确切的现代定义的第一个人。他把物体的动能定义为物体质量的二分之一乘其速度的平方，而对某物体所做的功等于作用力乘其克服阻力而运动的距离。

三、实验原理

在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性，有沿着原有运动方向继续运动的趋势。但是由于体系本身是旋转的，在经历了一段时间的运动之后，它原有的运动趋势的方向，如果以旋转体系的视角去观察，就会发生一定程度的偏离。根据牛顿力学的理论，以旋转体系为参照系，这种质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外加力的作用，这就是科里奥利力。从物理学的角度考虑，科里奥利力与离心力一样，都不是在惯性系中真实存在的力，而是惯性作用在非惯性系内的体现，同时也是为了方便计算在非惯性参照系中引入的惯性力。

本实验演示的是：当小球在转动的圆盘上运动时，以圆盘为参照系，会受到侧向的惯性力（科里奥利力）。

本装置中，水平圆盘可绕过圆心垂直盘面的轴转动，作为转动参照系，转动的角速度为ω（其方向沿转轴向上或向下），小球沿轨道下滑到达盘面时的速度为v，小球所受的科里奥利力F_c的表达式为：F_c=2mv×ω。小球在圆盘上的运动，以不同的参考系观察，得到不同的结果：(1)转动的圆盘相对于观测者是转动参考系，以圆盘为参照系，运动的小球受到侧向的科氏力的作用，相对圆盘作弧线运动；如果圆盘反向转动，科氏力也反向，小球向另一侧作弧线运动。(2)以地面为参照系观察小球的运动，它没有受到侧向力的作用，所以总是作直线运动。

四、实验操作及现象

1.当转盘静止，不转动。将小球置于圆盘上的斜面滑道上端，静止开始释放，观察到小球下落到盘面时继续沿直线向前运动；

2.将小球置于圆盘上的斜面滑道上端，静止开始释放，当小球下落到盘面时，转动圆盘，观察到小球相对于圆盘作弧线运动；

3.重新将小球从斜面滑道上端静止释放，当小球下落到盘面时转动圆盘，使圆盘的转动方向与步骤(2)的转动方向相反，可以看到小球向另一侧作弧线运动。

五、注意事项

暂无

六、应用拓展

（一）地球科学领域

由于自转的存在，地球并非一个惯性系，而是一个转动参照系，因而地面上质点的运动会受到科里奥利力的影响。地球科学领域中的地转偏向力就是科里奥利力在沿地球表面方向的一个分力。地转偏向力有助于解释一些地理现象，如河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害（地转偏向力）。

（二）质量流量计

质量流量计让被测量的流体通过一个转动或者振动中的测量管，流体在管道中的流动相当于直线运动，测量管的转动或振动会产生一个角速度，由于转动或振动是受到外加电磁场驱动的，有着固定的频率，因而流体在管道中受到的科里奥利力仅与其质量和运动速度有关，而质量和运动速度即流速的乘积就是需要测量的质量流量，因而通过测量流体在管道中受到的科里奥利力，便可以测量其质量流量。

（三）傅科摆

摆动可以看作一种往复的直线运动，在地球上的摆动会受到地球自转的影响。只要摆面方向与地球自转的角速度方向存在一定的夹角，摆面就会受到科里奥利力的影响，而产生一个与地球自转方向相反的扭矩，从而使得摆面发生转动。

（四）信风与季风

地球表面不同纬度的地区接受阳光照射的量不同，从而影响大气的流动，在地球表面延纬度方向形成了一系列气压带，如所谓“极地高气压带”、“副极地低气压带”、“副热带高气压带”等。在这些气压带压力差的驱动下，空气会沿着经度方向发生移动，而这种沿经度方向的移动可以看作质点在旋转体系中的直线运动，会受到科里奥利力的影响发生偏转。由科里奥利力的计算公式不难看出，在北半球大气流动会向右偏转，南半球大气流动会向左偏转，在科里奥利力、大气压差和地表摩擦力的共同作用下，原本正南北向的大气流动变成东北－西南或东南－西北向的大气流动。

（五）热带气旋

热带气旋(北太平洋上出现的称为台风)的形成受到科里奥利力的影响。驱动热带气旋运动的原动力一个低气压中心与周围大气的压力差，周围大气中的空气在压力差的驱动下向低气压中心定向移动，这种移动受到科里奥利力的影响而发生偏转，从而形成旋转的气流，这种旋转在北半球沿着逆时针方向而在南半球沿着顺时针方向，由于旋转的作用，低气压中心得以长时间保持。

参考资料：百度百科——科里奥利力