第16卷第3期 Vol 16 No. 3 2003年9月出版 PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE 文章编号:1007-2934(2003)03-0001-05 个集力学和光学实验于一体的综合物理实验 晏湖根袁野陆申龙 (复旦大学,上海,200433) 摘要本文简述了利用旋转液体测量重力加速度的原理,介绍了测量重力加速度的 方法,给出旋转液体凹表面的焦距与旋转周期的关系以及利用其液面成像的方法。 关键词旋转液体,重力加速度,焦距 中图分类号:O3120435 文献标识码:A 引言 旋转液体实验是一个既古老又现代的实验,早在力学创建之初,就有牛顿的水桶实 验,牛顿发现,当水桶中的水旋转时,水会沿着桶壁上升,直至现今,国外有些大学的物理 实验中仍有旋转液体实验,该实验主要侧重于观测旋转液体的表面形状,圆筒中旋转液体 的表面形状为一个抛物面,抛物面的参数与重力加速度有关,利用这点可测重力加速度 抛物面也是一个很好的光学元件,可以将平行光会聚于其焦点上,本实验将得出焦距与旋 转周期的经验关系,另外,液面凹面镜成像与转速的关系也可在本实验中进行研究,可见 旋转液体实验是一个内容丰富、综合性强的实验,可以锻炼学生运用力学和光学知识解决 具体问题的能力,而且实验设施简单,容易推广。 2旋转液体实验原理 2.1匀速旋转液体的上表面为抛物面 图1为旋转液体的轴截面图,液体跟随一个半径为R、绕其中心轴oy旋转的圆筒 起以角速度a旋转,考虑位于液面上的一个质元,当其处于平衡时,有Ncos0=mg,Nsin6 =mx2,其中为液面上该处的切线与x方向的夹角,由于表面张力相对其它力要小得 多,这里忽略了它的影响,由此得到:x=tang=x, 0 2x2 所以有y=2g (1) 其中y为x=0处的y值 设在x=x0处液面的高度y不随a的改变而改变,液体在未旋转时高度为h,则点 收稿日期:2003-03-20 C1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. All rights reserved.© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved