
【科里奧利力實驗儀】
功能、作用介紹:
在理論力學教學中,為了驗證科里奧利力的存在,天津大學力學工程實驗中心自行設計研制了科里奧利力實驗儀,并應用于本校及輻射天津市各高校的理論力學實驗教學中。目前,在天津大學力學工程實驗中心理論力學實驗室(國家級實驗教學示范中心)開設科里奧利力實驗已十多年,通過十多年的運行,科里奧利力實驗儀能夠滿足本校及外校力學、建工、自動化、港船、機械及物理學等專業及其他相關學科的實驗教學/科學研究要求。由于該實驗儀與理論結合密切,能直觀地觀察到科里奧利力的存在,對幫助學生很好地理解課堂教學中的相關內容起到了非常好的效果。并對開發學生的學習興趣及創新能力都起到了很好的促進作用。
旋轉體系中質點的直線運動科里奧利力是以牛頓力學為基礎的,1835年,法國氣象學家科里奧利提出,為了描述旋轉體系的運動,需要在運動方程中引入一個假想的力,這就是科里奧利力。引入科里奧利力之后,人們可以像處理慣性系中的運動方程一樣簡單地處理旋轉體系中的運動方程,大大簡化了旋系的處理方式。由于人類生活的地球本身就是一個巨大的旋轉體系,因而科里奧利力很快在流體運動領域取得了成功的應用。
科里奧利力所產生的影響有地球科學領域、傅科擺、信風與季風、熱帶氣旋等??评飱W利力的應用領域,有質量流量計、陀螺儀等。在物理、力學和機械專業領域,可通過科里奧力利力實驗儀器方便地觀察到科里奧力利力現象,并使實驗者獲得一些具體的實驗數據。
科里奧利力實驗儀采用轉盤式結構,通過公轉和自轉,得到科里奧利力現象(見圖片)。當公轉和自轉方向相同時,轉動帶呈現兩邊擴張現象;當公轉和自轉方向相不同時,轉動帶呈現兩邊收縮現象。設備所示實驗內容符合科學原理,體現科學知識和科學過程相統一的原則。通過實驗,有利于學生學習科學知識,樹立科學意識,掌握科學方法和實驗技能。
本實驗教學儀器設備設計新穎,構思巧妙,應用傳感及單片機技術,體現新技術應用。一般的科里奧利力實驗教學儀,只是演示一下科里奧利力的存在,僅僅是觀察現象,對教學課程或科學研究缺少計算依據。為了量化科里奧利力,該實驗設備不斷創新,實驗儀有公轉轉盤轉速測量和顯示;不同自轉速度(傳動帶線速度)切換、測量及顯示;對于轉動帶擴張和收縮距離有刻度指示。
目前在全國高校中,天津大學力學工程實驗中心理論力學實驗室自制的科里奧利力實驗儀器技術先進,并較早在國內開設科里奧利力實驗,通過本次高校自制設備展可以向其他高校相關專業推廣。
實驗課是要學生通過實驗來學到實踐知識,訓練技能,并經歷一個科學探究的過程。在實驗教學中能讓學生積極主動探究,首先需要教師精心設計實驗教學過程,特別是實驗儀器的使用。啟發性的實驗儀器,要有其科學性,其次是探索性,即儀器的使用能夠測量、顯示在日常中不易觀察到的現象??评飱W利力實驗儀可直觀地解釋科里奧利力,通過實驗現象和實驗數據的提取,引發學生的學習興趣和思考,有利于學生主動參與、探索和交流。
科里奧利力實驗儀易于操作、性能穩定、安全可靠,價格低廉、便于推廣。通過實驗滿足認識性、啟發性實驗教學環節的要求,有利于推進素質教育,培養創新精神和實踐能力。
作品名稱:科里奧利力實驗儀
完成單位:天津大學