傅科摆与物理教育：一个引人入胜的演示实验，用傅科摆激发物理兴趣

# 1. 傅科摆的理论基础

傅科摆是一种物理装置，用于演示地球的自转。它由一根长绳悬挂的重物组成，当摆动时，摆动的平面会逐渐旋转。这种旋转是由地球自转的科里奥利力引起的。

科里奥利力是一种惯性力，作用在运动物体上，使其偏离直线运动路径。对于北半球的物体，科里奥利力指向物体运动的右侧；对于南半球的物体，科里奥利力指向物体运动的左侧。

# 2. 傅科摆的实验原理和搭建

### 2.1 傅科摆的原理

傅科摆的实验原理基于牛顿运动定律和地球自转。

* **惯性定律：**物体保持静止或匀速直线运动状态，除非受到外力作用。
* **科里奥利力：**在地球自转参考系中，运动物体受到一个与运动速度垂直的力，称为科里奥利力。

在傅科摆实验中，一个重锤悬挂在长绳上，摆动平面垂直于地球表面。由于地球自转，科里奥利力作用在摆锤上，使其摆动平面逐渐发生偏转。

### 2.2 傅科摆的搭建步骤

搭建傅科摆需要以下材料：

* 重锤（通常为金属球）
* 长绳（长度至少为摆锤高度的 10 倍）
* 支架（用于悬挂重锤）
* 刻度尺或激光笔（用于测量摆动平面偏转）

搭建步骤：

1. 将支架固定在高处，确保稳定。
2. 将绳子的一端系在重锤上，另一端系在支架上。
3. 将重锤拉开一定角度，松开后让其自由摆动。
4. 使用刻度尺或激光笔测量摆动平面相对于固定参考点的偏转角度。

**代码块：**

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 设置摆动参数
length = 10  # 摆绳长度（米）
mass = 1  # 摆锤质量（千克）
theta0 = np.pi / 2  # 初始摆动角度（弧度）

# 计算摆动周期
period = 2 * np.pi * np.sqrt(length / 9.81)

# 计算摆动平面偏转角
omega = 2 * np.pi / period
latitude = np.pi / 4  # 纬度（弧度）
omega_earth = 7.292e-5  # 地球自转角速度（弧度/秒）
delta_omega = omega_earth * np.cos(latitude)
delta_theta = delta_omega * period

# 绘制摆动平面偏转角随时间变化曲线
time = np.linspace(0, period,