库伦扭秤实验(参考研究)

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库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验原理和注意事项

库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验原理和注意事项库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验，这两个名字听起来就很高级，好像是什么科学家发明的高科技仪器。

其实，它们就是两个简单的实验，用来测量物体之间的相互作用力。

今天，我们就来聊聊这两个实验的原理和注意事项，让你也能轻松掌握这个知识点。

我们来说说库仑扭秤实验。

这个实验的名字听起来有点像是个大家伙，其实它就是一个小小的装置。

它的原理很简单，就是通过测量两个小球之间的相互作用力来计算出它们的质量。

听起来好像很难懂，其实很简单。

比如说，你有两个小球，一个重一点，一个轻一点。

当你把这两个小球放在一起时，它们会互相吸引。

这时候，你就可以用库仑扭秤实验来测量它们之间的相互作用力。

只要知道了相互作用力的大小，就可以根据万有引力定律算出它们的质量了。

接下来，我们来说说卡文迪许扭秤实验。

这个实验的名字也很高级，但是它的原理比库仑扭秤实验简单多了。

卡文迪许扭秤实验的原理是利用杠杆原理来测量物体之间的相互作用力。

具体来说，就是通过测量物体在不同方向上的扭转程度来计算出它们之间的相互作用力。

听起来好像很难懂，其实也很简单。

比如说，你有一个很重的物体和一个很轻的物体。

当你把这两个物体放在一条绳子的两端时，让它们沿着这条绳子滑动。

这时候，你就可以用卡文迪许扭秤实验来测量它们之间的相互作用力了。

只要知道了相互作用力的大小和方向，就可以根据牛顿第二定律算出它们的加速度了。

好了，现在我们已经知道了库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验的原理，下面我们来说说它们的注意事项。

要注意安全。

这两个实验都是用重力和摩擦力来产生作用力的，所以一定要小心操作，避免受伤。

要注意精度。

这两个实验都需要非常精确地测量物体之间的相互作用力，所以要保证测量工具的质量和精度。

要注意环境条件。

这两个实验都受到环境因素的影响，比如温度、湿度等，所以要在合适的环境下进行实验。

库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验虽然看起来很高级，但是原理和注意事项都很简单易懂。

库仑扭秤实验

类比思想
3、库仑扭秤实验
3、库仑扭秤实验
1、F与r的关系(Q不变）-改变AC间距离
2、F与Q的关系（r不变）-改变AC球电量
4、结论
F∝ 1
F
1
r
2
F
2
Q1Q2
r2
QQ
Q1Q2 F k 2 r
式中的k是比例系数，叫做静电力常量。通过实验测定其值为: k 9.0 109 N m 2 / C 2
F k
QQ r
1 2
2
3.库仑定律使用条件，及点电荷理想模型的建立。 4.类比思想、守恒思想在实验定律建立过程中重要作用
5.从猜想到实验验证的严谨的科学态度
6.自然规律即具有多样性、同时也是统一的。
谢谢
探究影响电荷间相互作用力的因素
q2
q3
F3
库仑定律应用
（1）微观粒子间的万有引力远小于库仑力，在研究微观带电粒子的相互作用时，可以忽略万有引力（2）多个点电荷对同一点电荷作用力为各点电荷单独对此点电荷作用力的矢量和
我们学到了什么？
1. 库仑定律：真空中两个静止点电荷之间相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 2.表达式：
Q 2
C
Q 2
A
Q 2
Q 4
D
A
在探究影响库仑力因素时，本实验有什么优点和缺点？
学.科.网
2、探究影响电荷间相互作用力的因素
结论：
1.带电量越大，偏角越大，力越大；带电量越小，力越小。
2.距离越近，偏角越大，力越大；距离越远，力越小。
学.科.网
F与Q、r有什么具体定量关系？

经典物理学实验——库仑扭秤实验

经典物理学实验——库仑扭秤实验在物理学发展的前期，人们对微弱作用的测量感到困难，因为这些微弱的作用人们通常都感觉不到。

后来，物理学家们想到了悬丝，要把一根丝拉断需要较大的力，而要使一根悬丝扭转，有一个很小的力就可以做到了。

根据这个设想，法国物理学家库仑和英国的科学家卡文迪许于1785年和1789年分别独立地发定角度的扭转；另一方面在悬丝上固定一平面镜，它可以把入射光线反射到距离平面镜较远的刻度尺上，从反射光线射到刻度尺上的光点的移动，就可以把悬丝的微小扭转显现出来。

一、库仑与库仑定律查利·奥古斯丁·库仑（1736 --1806），法国工程师、物理学家。

1736年6月14日生于法国昂古莱姆。

1806年8月23日在巴黎逝世。

主要贡献有扭秤实验、库仑定律、库伦土压力理论等。

同时也被称为“土力学之始祖”。

电荷的单位库仑就是以他的姓氏命名的，简称库，符号C。

若导线中载有1安培的稳定电流，则在1秒内通过导线横截面积的电量为1库仑。

库仑曾就学于巴黎马扎兰学院和法兰西学院，服过兵役。

1774年当选为法国科学院院士。

1784年任供水委员会监督官，后任地图委员会监督官。

1802年，拿破仑任命他为教育委员会委员，1805年升任教育监督主任。

1773年发表有关材料强度的论文，所提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法沿用至今(2018)，是结构工程的理论基础。

1777年开始研究静电和磁力问题。

当时法国科学院悬赏征求改良航海指南针中的磁针问题。

库仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，提出用细头发丝或丝线悬挂磁针。

研究中发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置测出静电力和磁力的大小，这导致他发明扭秤。

他还根据丝线或金属细丝扭转时扭力和指针转过的角度成正比，因而确立了弹性扭转定律。

他根据1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论，于1781年发现了摩擦力与压力的关系，表述出摩擦定律、滚动定律和滑动定律。

2.库仑定律

2.库仑定律一电荷之间的作用力1．点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小01大得多，以致带电体的02形状、03大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作04带电的点，叫作点电荷。

2．库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成05正比，与它们的距离的二次方成06反比，作用力的方向在它们的连线上。

3．静电力：静止电荷之间的相互作用力。

也叫作07库仑力。

二库仑的实验1．库仑做实验用的装置叫作01库仑扭秤。

2．实验原理及过程(1)库仑扭秤实验是通过悬丝02扭转的角度比较静电力F大小的。

实验结果发现静电力F与距离r的03二次方成反比，即F∝041 r2。

(2)库仑在实验中为研究F与q的关系，采用的是用两个05完全相同的金属小球06互相接触后，电荷量07相等的方法，发现F与q1和q2的08乘积成正比，即F∝q1q2。

3．实验结论：静电力F＝09k q1q2r2，式中的k叫作静电力常量。

4．当两个点电荷所带电荷量为同种时，它们之间的作用力为10斥力；反之，为异种时，它们之间的作用力为11引力。

5．在国际单位制中，静电力常量k＝129.0×109 N·m2/C2。

三静电力计算1．微观粒子间的万有引力01远小于库仑力。

在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。

2．两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的02矢量和。

课堂任务库仑定律库仑的实验例1 如图所示，两个质量均为m 的完全相同的金属球壳a 与b ，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分别固定于绝缘支座上，两球心间的距离为l ，为球半径的3倍。

若使它们带上等量异种电荷，两球电荷量的绝对值均为Q ，那么，a 、b 两球之间的万有引力F 引、库仑力F 库分别为( )A ．F 引＝G m 2l 2，F 库＝k Q 2l 2 B ．F 引≠G m 2l 2，F 库≠k Q 2l 2C ．F 引≠G m 2l 2，F 库＝k Q 2l 2D ．F 引＝G m 2l 2，F 库≠k Q 2l2[变式训练1] (多选)两个半径相同的金属小球(视为点电荷)，电荷量之比为1∶7，相距为r ，两者相互接触后再放回原来的位置上，则相互作用力可能为原来的( )A.47 B ．37C ．97D ．167课堂任务静电力的叠加例2 如图所示，电荷量分别为＋q 和＋4q 的两点电荷A 、B 相距L ，问：(1)若A 、B 固定，在何处放置点电荷C ，才能使C 处于平衡状态？ (2)在(1)中的情形下，C 的电荷量和电性对C 的平衡有影响吗？(3)若A 、B 不固定，在何处放一个什么性质的点电荷，才可以使三个点电荷都处于平衡状态？[变式训练2] (2020·四川省南充高级中学高二月考)中子内有一个电荷量为＋23e 的上夸克和两个电荷量为－13e的下夸克，假设三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图所示，则下列四幅图中能正确表示出各夸克所受静电作用力的是( )1．(对点电荷的理解)(多选)下列说法中正确的是( )A．点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷是不存在的B．点电荷就是体积和电荷量都很小的带电体C．根据F＝k Q1Q2r2可知，当r→0时，F→∞D．一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计2．(库仑扭秤实验)关于物理学研究思想和方法，下列叙述中不正确的是( )A．库仑扭秤的实验中运用了控制变量的思想方法B．悬挂法确定物体重心运用了等效替代的方法C．伽利略在做斜面实验的过程中采用了微量放大的方法D．用点电荷来代替实际带电体采用了理想模型的方法3.(库仑定律的适用条件)如图所示，两个半径均为r的金属球放在绝缘支架上，两球面最近距离为r，带等量异种电荷，电荷量为Q，两球之间的静电力( )A ．等于kQ 29r 2B ．大于k Q 29r 2C ．小于k Q 29r 2D ．等于kQ 2r 24．(库仑定律的理解)将两个分别带有电荷量－2Q 和＋5Q 的相同金属小球A 、B 分别固定在相距为r 的两处(均可视为点电荷)，它们间库仑力的大小为F 。

库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验原理和注意事项

库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验原理和注意事项库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验，这两个名字听起来就很高大上，好像是什么科学家们的重大发现。

其实，它们就是用来测量物体质量的两个简单实验。

今天，我就来给大家讲讲这两个实验的原理和注意事项，希望能够帮助大家更好地理解这两个实验。

我们来说说库仑扭秤实验。

这个实验的名字来源于法国物理学家皮埃尔·库仑，他提出了库仑定律，也就是电荷之间的相互作用力与它们的电量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

那么，库仑扭秤实验是用来做什么的呢？它其实就是用来测量物体的质量。

具体操作方法是这样的：我们需要准备一个扭秤和一些小球体，然后把小球体放在扭秤上，再把它们拉开一段距离。

接下来，我们用一个带电的物体去接触这些小球体，看看它们会发生什么。

如果小球体被吸住了，那么说明带电物体具有一定的质量；反之，如果小球体没有被吸住，那么说明带电物体没有质量。

接下来，我们来说说卡文迪许扭秤实验。

这个实验的名字来源于英国物理学家亨利·卡文迪许，他是第一个成功利用扭秤实验测量出地球质量的人。

那么，卡文迪许扭秤实验又是用来做什么的呢？它同样是用来测量物体的质量。

具体操作方法是这样的：我们需要准备一个扭秤和一些小球体，然后把小球体放在扭秤上，再把它们拉开一段距离。

接下来，我们用一个带电的物体去接触这些小球体，看看它们会发生什么。

如果小球体被吸住了，那么说明带电物体具有一定的质量；反之，如果小球体没有被吸住，那么说明带电物体没有质量。

好了，现在我们已经知道了库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验的基本原理和操作方法。

那么，在进行这两个实验的时候，有哪些注意事项呢？我们要注意安全。

在进行这两个实验的时候，我们需要使用电流较大的电器设备，所以一定要注意防止触电事故的发生。

在进行这两个实验的时候，我们还需要使用到一些化学试剂，所以一定要注意保护好自己的眼睛和皮肤。

我们要注意精确度。

在进行这两个实验的时候，我们需要尽量减小误差，以便得到更加精确的结果。

库仑扭秤实验

03
库仑扭秤实验的注意事项
• 库仑扭秤的调试与校准
• 库仑扭秤的实验环境要求
• 库仑扭秤的实验操作规范
库仑扭秤实验的物理意义与目的
库仑扭秤实验的物理意义
• 验证库仑定律的准确性
• 测量电荷之间的相互作用力
• 研究电磁场的基本性质
库仑扭秤实验的目的
• 提高库仑定律的测量精度
• 探索电磁学的新领域
• 推动物理实验技术的发展
• 测量材料的电荷分布与传输性质
• 研究材料的电磁响应与相互作用
• 验证凝聚态物理的理论与模型
库仑扭秤实验在工程技术中的应用

库仑扭秤实验在电子技术中的应用
• 测量电子器件的电荷与性能
• 研究电子器件的电磁干扰与防护
• 验证电子技术的理论与模型
库仑扭秤实验在通信技术中的应用
• 测量电磁波的传输与反射特性
• 分析库仑扭秤实验的结果与讨论
02
库仑扭秤实验在实验教学中的应用
• 设计库仑扭秤实验的课程与方案
• 指导学生进行库仑扭秤实验的操作
• 评估库仑扭秤实验的教学效果
03
库仑扭秤实验在科普活动中的应用
• 宣传库仑扭秤实验的科学意义
• 开展库仑扭秤实验的科普演示
• 提高公众对物理实验的认识与兴趣
谢谢观看
库仑扭秤实验的数据记录
库仑扭秤实验的数据处理
库仑扭秤实验的数据评估
• 记录库仑扭秤的测量结果
• 数据的筛选与整理
• 评估实验数据的准确性
• 记录实验过程中的环境因素
• 数据的统计与分析
• 评估实验结果的一致性
• 记录实验人员的操作信息与观察
• 数据的可视化呈现

库仑扭秤实验原理等倍改变距离

库仑扭秤实验原理等倍改变距离摘要：I.库仑扭秤实验简介A.实验背景及意义B.实验原理II.实验装置与操作步骤A.实验装置B.操作步骤III.实验结果与分析A.实验结果B.结果分析IV.结论与启示A.结论B.启示正文：I.库仑扭秤实验简介库仑扭秤实验是一种用于测量电荷间作用力的经典实验。

该实验由法国物理学家查尔斯·奥古斯丁·库仑于18 世纪末发明，为电磁学的发展奠定了基础。

通过库仑扭秤实验，我们可以更好地了解电荷间的相互作用规律，进而探究电磁现象的本质。

II.实验装置与操作步骤A.实验装置库仑扭秤实验的主要装置包括一个扭秤、两个电荷、一个电源和一个放大器。

实验过程中，扭秤的一端连接到一个电荷，另一端连接到另一个电荷，电源则通过放大器为扭秤提供动力。

B.操作步骤1.首先，将两个电荷分别放在扭秤的两端，使其保持平衡状态。

2.然后，逐渐改变两个电荷之间的距离，观察扭秤的转动角度变化。

3.根据扭秤的转动角度变化，计算出电荷间的相互作用力，并分析作用力与距离的关系。

III.实验结果与分析A.实验结果在库仑扭秤实验中，当两个电荷间的距离加倍时，扭秤的转动角度会减小为原来的四分之一。

B.结果分析根据库仑扭秤实验的结果，我们可以得出结论：电荷间的相互作用力与它们之间的距离的平方成反比。

这一结论与库仑定律的表述一致，证明了库仑定律的正确性。

IV.结论与启示A.结论库仑扭秤实验验证了电荷间相互作用力与距离的关系，为我们理解电磁现象提供了重要依据。

B.启示通过库仑扭秤实验，我们可以认识到，探究自然规律需要通过实验来观察现象、验证理论。

关于库仑定律精确性的调研

调研题目：假设静电场库伦定律的平方反比关系不严格成立，即δ其中δ。

请推导静电场的各种性质。

例如新条件下高斯定理、环路定理的变化，电势的定义是否受到影响。

调查部分：①库仑定律严格成立的等价命题：光子净质量等于零。

平方反比不严格成立带来的问题：②库伦根据扭秤实验提出静电力平方反比定律的时候，实验精度并不高，指数的偏差δ达到0.04，他多半是受到万有引力的启示而猜测指数是2的。

而库仑定律的精确性问题却是关系物理学基础的根本性问题，假如平方反比律不严格成立，将会有很多不可思议的事情发生：比如光子的静质量不等于零将直接导致电磁场的规范不变性不成立；电荷守恒定律被破坏；电磁波在真空中也发生色散；光速不能保持不变；光子的独立偏振态不再是2而是3；麦克斯韦方程组就必须做重大的修改；真空中不同频率的电磁波, 就应以不同的速度传播；狭义相对论的“光速不变原理”就要被动摇,甚至由其建立起来的物理理论基础也会因此而受到怀疑。

如果真的发现了磁单极，则光子的静质量必为零，库仑定律的平方反比关系也就严格成立了。

③关于库仑定律平方反比律精确度的研究，一直为历代物理学家高度重视，迄今未停止过。

以下是历史上物理学家们所做的关于精确性验证的实验结果，迄今为止，δ的数量级已由减小到。

数量级越小，受实验仪器精度限制，实验条件越困难。

验证平方反比律的实验结果研究部分：一、高斯定理数学上的高斯定理：=dV *其中为一三维向量场。

首先应当说明，*式在数学上是严格成立的，无论的形式如何，只要它是个向量场。

因为我们将*式应用在物理上，才有了静电场高斯定理（其实物理上还有磁场高斯定理，名气略小而已）。

所以，如果库伦定律（即平方反比律）不严格成立，只要还是个场（甚至立方反比律F）就一定会有相对应的高斯定理。

现在，我们暂且承认两个点电荷、相距为r时的静，方向沿两者的连线，那么一个电力大小为δ，其中δ。

点电荷+q在真空激发的场为=δ来计算以点电荷+q为圆心的半径为r的球面的电通量Φ==δ=如果δ＞0,那么r越大，Φ越小，意味着电场往无限远传播的过程中Φ不断耗散；如果δ＜0，那么r越大，Φ越大，意味着电场往无限远传播的过程中Φ不断累积。

库伦扭秤实验

• 怎样确定几次实验Q值之比？
库伦力与两球带电量的关系
• 库仑的扭秤巧妙的利用了对称性原理按实验的需要对电量进行了改变。 • 控制变量法控制R一定，用电量均分的方式，得出Q之间的比例关系。
静电力常量K
• 库仑虽然用库仑扭秤实验得出了库仑定律，但是由于当时电量的单位(库仑)并没有得到定义，他并没有能够测出静电力常量的数值。 • 静电力常量的数值是在电量的单位得到定义之后，后人通过库仑定律计算得出的。
前人对电力的研究
• 16世纪吉尔伯特第一个提出了比较系统原始理论，并引人了“电吸引”这个概念。 • 1746年美国科学家富兰克林提出了正电荷、负电荷的概念。 • 普利斯特利最先预言电荷之间的作用力只能与距离平方成反比。 • 1777年英国的卡文迪许得出与普利斯特利同样的结论，但是没有发表。
卡文迪许——万有引力的扭秤实验
库仑定律
• 库仑定律可以说是一个实验定律，也可以说是牛顿引力定律在电学和磁学中的“推论”。 • 库仑借鉴了引力理论，模拟万有引力的大小与两物体的质量成正比关系与两物体距离二次方成反比关系，认为两电荷之间的作用力与两电荷的电量也成正比关系，与两电荷间距离的二次方也成反比关系。
库仑定量实验遇到的三大困难
库伦扭秤结构
• 整个仪器都装在有机玻璃罩内，既有较高的透明度，又可防灰尘。有机玻璃罩的下半部做成可开合的门，以便清洁绝缘横杆和竖立支杆，调整绝缘横杆的水平，使金属小球带电等。仪器的底座上装有三个螺旋支脚，旋转支脚，可调底座水平。
怎样测出库仑力的大小？
• 当平衡时，悬丝的扭转力矩和库仑力力矩相等。 • M库=M扭 • M库=F ×L（F:库仑力，L:横杆的一半） • F= M扭/L

库仑扭秤实验

库仑扭秤实验简介库仑扭秤实验是一种用来测量电荷之间相互作用力的实验方法，通过观察电荷受力的情况来推断电荷之间的大小和方向关系。

这个实验可以帮助我们更好地理解电荷之间的相互作用和库仑定律。

实验原理在库仑扭秤实验中，一根细而柔软的金属丝挂载在一个固定的支架上，两个带电体被固定在支架的两端。

当带电体之间施加一个引力，金属丝就会因为所受扭矩而扭转，最终达到平衡的状态。

通过测量金属丝的扭转角度，我们可以计算出带电体之间的库仑力的大小。

实验步骤1.准备实验装置：将金属丝挂载在支架上，确保金属丝能够自由扭转而不受外界干扰。

2.在金属丝的两端各固定一个带电体，可以是带正电荷和带负电荷的导体球。

3.施加一个引力使得带电体之间产生库仑力，观察金属丝的扭转情况。

4.调整带电体的距离和电荷大小，直到金属丝再次恢复平衡状态。

5.测量金属丝扭转的角度，并计算出电荷之间的库仑力大小。

实验结果分析根据库仑力的大小和金属丝的扭转角度，我们可以计算出电荷之间的大小和方向关系。

库仑扭秤实验可以帮助我们验证库仑定律，并进一步研究电荷之间的相互作用。

结论通过库仑扭秤实验，我们可以准确测量电荷之间的库仑力，并验证电荷之间相互作用的规律。

这个实验方法不仅有助于加深我们对电荷之间关系的理解，也为电磁学的研究提供了重要的参考数据。

参考文献1.Griffiths, D.J. (1999). Introduction to electrodynamics. Prentice Hall.2.Purcell, E.M., & Morin, D.J. (2013). Electricity and magnetism.Cambridge University Press.。

库伦扭秤实验 ppt课件

20
静电力常量K
• 库仑虽然用库仑扭秤实验得出了库仑定律，但是由于当时电量的单位(库仑)并没有得到定义，他并没有能够测出静电力常量的数值。
• 静电力常量的数值是在电量的单位得到定义之后，后人通过库仑定律计算得出的。
21
• 当平衡时，悬丝的扭转力矩和库仑力力矩相等。
• M库=M扭 • M库=F ×L（F:库仑力，L:横杆的一半） • F= M扭/L
• M扭=?
13
扭力定律
• 1984年9月4日，库伦在《关于扭力和金属丝弹性的理论和实验研究》中提出了扭力定律。
• 扭力定律：扭转力矩与悬丝的扭转角成正比，与悬丝直径的4次方成正比，与悬丝的长度成反比。
6
库仑定律
• 库仑定律可以说是一个实验定律，也可以说是牛顿引力定律在电学和磁学中的“推论”。
• 库仑借鉴了引力理论，模拟万有引力的大小与两物体的质量成正比关系与两物体距离二次方成反比关系，认为两电荷之间的作用力与两电荷的电量也成正比关系，与两电荷间距离的二次方也成反比关系。
7
库仑定量实验遇到的三大困难
• M扭=
14
怎样测出库仑力的大小？
• F= M扭/L=k /L •F ∝
• 可以从悬丝扭转的角度大小来判断库仑力的大小。
15
怎样测量两电荷间的距离？
• 动球相对于固定小球的位置，可通过扭秤外壳上的刻度线标出的圆心角读出。
16
库仑力与两电荷间距离的关系
• 库仑让这个可移动球和固定的球带上电荷（控制电量不变），并改变它们之间的距离：
• r ——两者之间的距离 • k ——静电力常量
2
库伦定律在物理学史中的地位
• 库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应定律是电磁学三大基本实验定律,这三个定律的建立标志着人类对于电磁现象的认识发展到了新阶段

简易库仑扭秤的制作和应用

实验材料：透明塑料刻度尺两把，透明胶带一段（约３０ｃｍ），小平面镜一块，激光器，教学用量角器
一
后有一道有关导体球带电问题的习题．教师在讲解
这道题时常常会提出与此类题相类似的问题，假设有半径为Ｒ的金属球与地相连接，在与球心相距一
～
一
ｇ
平面镜
Ｃ
８７ｃ￡Ｒ
球面上的电荷在球心产生的电势．设球面上某面元的电荷面密度为，有
一一一
图１
使用：通过毛皮和刻度尺Ａ端摩擦使刻度尺带
电，用另一刻度尺的Ｃ端和毛皮摩擦，带有同号电
由叠加原理得
＝＝＝
＋
一
Байду номын сангаас
＋ｑ
一０
所以
ｑ一一
优缺点：体现力矩平衡思想和通过力矩放大库
讨论：ｑ的大小与ｑ到球心的距离有关，当ｑ很靠近球面时，即ｑ到球心的距离约为Ｒ时，球面对点电荷ｑ所在处而言，可视为无限大平面，因而有ｑ＝＝＝ｑ．
２０１３年第３期
物理通报
短文荟萃
萃 …
有关导体球带电问题的探究
姜帆
（长岭县第三中学吉林松原１３１５００）（收稿日期：２０１２— ０９ —０５）

库仑的扭秤实验

库仑的扭秤实验山东省沂源县第一中学 (256100) 任会常库仑定律是库仑通过扭秤实验发现的，对该实验，课本中作了简单介绍。

同学们，也许你认为这个实验并不复杂吧？那么，请看下面的内容。

扭秤的主要部分是一根细长的金属丝。

在实验中它发生了形变，同学们熟悉的形变是拉伸形变，弹簧秤就是利用这个原理制成的。

这里利用的是扭秤的扭转形变，如用扳手拧螺丝时。

螺杆发生的就是这种形变。

扭转形变是在外力偶矩m （相当于力矩）作用下发生的。

进一步研究，取形变的金属丝的任一部分为研究对象，其受力情况如图1所示。

图中，AB 是形变前金属丝上的一条平行于金属轴的直线，在A m 、B m 两个力偶矩的作用下形变后为B A '。

φ为形变中B 截面相对A 截面转动的角度，叫做扭转角，这是一个表示扭转形变的主要物理量。

在金属丝处于平衡的情况下，由平衡条件知道，A m +B m =0，即B A m m -=，表这两个力偶矩大小相等，转向相反，它是由横截面上所有的剪力（作用在截面上且与截面平行的力）共同确定的。

为了和外力偶矩相区别，我们称截面上的力偶矩为扭矩，如A m 叫做A 截面上的扭矩。

容易理解，φ与扭矩有关，与AB 段的轴线长度l 有关。

由胡克定律知道，在弹性限度内，φ的计算公式为ρφGI ml =。

式中，G 为剪切弹性模量，它是由材料本身的性质确定的，表示材料抵抗前且变形的能力。

其值越大，表示抵抗剪切变形的能力越强。

它的单位是帕，如钢是10100.8⨯Pa ，木材的为8105.5⨯Pa 。

P I 叫做截面图形的极惯性矩，是一个关于平面图形几何性质的量，对于圆形面积，它对圆心的极惯性矩为324d I πρ=，其中，d 为圆的直径。

这样，432Gdml πφ=，对于整根金属丝，l 应为金属丝的长，m 等于外力偶矩的大小。

可见，要想得到较大的φ角，l 要大而d 要小，这就是实验中为什么要选用细长金属丝的原因。

库仑实验中，当上截面固定时，m 与库仑力F 产生的力矩相等，即FR m =，R 为金属球球心到轴线的距离，这样432Gd FRl πφ=，可得Rl d G F 324φπ=，由公式看出，在其他条件m一定的情况下，库仑力F与扭转角φ成正比。

库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验原理和注意事项

库仑扭秤实验和卡文迪许扭秤实验原理和注意事项1. 库仑扭秤实验1.1 实验原理库仑扭秤实验，听起来是不是有点拗口？别担心，它其实就是一种测量电荷间相互作用力的实验。

库仑大叔可是电学领域的“大佬”了，他提出的库仑定律告诉我们，两个电荷之间的力与它们的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

要是你觉得这个定律挺神奇的，那是因为它确实很神奇！实验的时候，我们用一个扭秤——简单来说，就是一个能在旋转的时候产生扭矩的装置。

想象一下，你拿一根弹簧，给它挂上两个电荷，然后看它们是怎么互相推来推去的。

这个推力就是库仑力，它跟你身边的电磁炉用的电磁力一样，都在这“电”字上使劲儿。

扭秤会显示出这对电荷的力的大小，从而让我们验证库仑定律是否成立。

1.2 注意事项搞这个实验的时候，首先得注意环境的干扰。

电荷对周围的电场非常敏感，别让周围的静电搞得你的数据乱七八糟。

环境中的灰尘、温度变化，这些小问题都会对实验结果产生影响。

所以，实验室里最好保持干净，别让粉尘飞舞，像是在打扫卫生一样。

其次，操作的时候要小心，尽量避免手汗或其它杂质弄到电荷上，这样能确保你测得的数据尽可能准确。

最后，记得在实验中记录所有的观察值，不要等到最后才发现记错了，搞得你回过头来一脸懵逼。

2. 卡文迪许扭秤实验2.1 实验原理说到卡文迪许扭秤实验，你可能会觉得这个名字听起来像是个难题的谜语，其实它也没那么复杂。

这个实验的目的是测量物体之间引力的大小。

卡文迪许可真不简单，他用这种装置测量了地球的密度，而且他当时可没啥高科技设备，一切都得靠手工。

实验的原理很简单，就是用一个精密的扭秤来测量两个大质量物体之间的引力。

你可以把它想象成一个特别大的磁铁，两个物体就像极了不同极的磁铁，通过它们的相互吸引力，让扭秤旋转。

通过观察这种旋转的角度，我们就能计算出物体间的引力了。

2.2 注意事项这个实验也有一些需要注意的地方。

首先，实验时要确保扭秤在一个稳定的环境中，避免任何震动或者空气流动影响实验结果。

库仑扭秤的工作原理论文

库仑扭秤的工作原理论文
以下是一篇关于库仑扭秤工作原理的论文的摘要：
标题：库仑扭秤的工作原理及其应用
摘要：
库仑扭秤是一种常用的物理实验仪器，常用于测量材料的电导率、磁导率等物性参数。

本文对库仑扭秤的工作原理进行了详细的研究和分析，并探讨了其在材料科学和物理实验中的应用。

首先，本文介绍了库仑扭秤的基本组成和结构。

库仑扭秤由上下两块平行金属板组成，中间通过一根细长的金属丝连接。

当通过金属丝施加电流时，由于电流的通过，金属丝会受到扭矩的作用，从而产生扭转。

利用扭转角度的测量，可以计算出施加在金属丝上的电磁力，进而间接得到所测量物性参数的数值。

其次，本文详细分析了库仑扭秤的工作原理。

在库仑扭秤中，电流通过金属丝时会在扭转角度上产生大小和方向都与电流成正比的扭矩。

根据库仑定律和安培定律，可以推导出库仑扭秤的扭矩与电流及其他物理参数之间的关系，并进一步推导出计算材料物性参数的公式。

通过实验验证，本文证明了库仑扭秤的工作原理的有效性和可靠性。

最后，本文介绍了库仑扭秤在材料科学和物理实验中的应用。

库仑扭秤可以通过
测量不同材料的电导率、磁导率等物性参数，来评估材料的性能和品质。

此外，库仑扭秤还可用于研究材料的电磁特性、磁场测量等领域。

实验结果表明，库仑扭秤具有较高的测量精度和可重复性，可广泛应用于材料科学和物理实验中。

关键词：库仑扭秤；工作原理；物性参数；材料科学；物理实验
整个论文详细阐述了库仑扭秤的工作原理及其在材料科学和物理实验中的应用，为相关领域的研究提供了参考和指导。

库伦扭秤实验(参考研究)

库仑定律（Coulomb‘s law）是法国物理学家,于1785年发现库伦定律。
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库仑定律
• 库仑定律可以说是一个实验定律，也可以说是牛顿引力定律在电学和磁学中的“推论”。
• 库仑借鉴了引力理论，模拟万有引力的大小与两物体的质量成正比关系与两物体距离二次方成反比关系，认为两电荷之间的作用力与两电荷的电量也成正比关系，与两电荷间距离的二次方也成反比关系。
• r ——两者之间的距离 • k ——静电力常量
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库伦定律在物理学史中的地位
• 库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应定律是电磁学三大基本实验定律,这三个定律的建立标志着人类对于电磁现象的认识发展到了新阶段
• 库仑定律是整个电磁场理论的基础,它确保了作为经典电磁场理论总结的麦克斯韦方程组的精度,从而实际上也确保了安培定律和法拉第电磁感应定律的精度。
• M扭=
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怎样测出库仑力的大小？
• F= M扭/L=k /L •F ∝
• 可以从悬丝扭转的角度大小来判断库仑力的大小。
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怎样测量两电荷间的距离？
• 动球相对于固定小球的位置，可通过扭秤外壳上的刻度线标出的圆心角读出。
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库仑力与两电荷间距离的关系
• 库仑让这个可移动球和固定的球带上电荷（控制电量不变），并改变它们之间的距离：
• 至此，库伦用扭秤实验证明了库伦库伦力与两球带电量的关系
• 当时条件无法测量出Q的具体值。
• 怎样确定几次实验Q值之比？
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库伦力与两球带电量的关系
• 库仑的扭秤巧妙的利用了对称性原理按实验的需要对电量进行了改变。

库仑扭秤实验

库仑制造的扭秤的构造是：在一个直径和高度均为12英寸的玻璃圆筒上，盖一块直径为13英寸的玻璃板，板的正中钻有一孔，并装上高为24英寸的玻璃管，管子上端装有扭转测微计。

端部中间有一只夹子，夹持一根极细的银丝，银丝连着一根浸过西班牙蜡的麦杆，杆的一端有一小木髓球，另一端贴一小纸片与之平衡，使麦杆呈水平位置，这一部分都装在玻璃筒内。

在玻璃盖板上另开有侧孔，孔内放入另一只小木髓球，它可以与麦杆上的小木髓球接触。

这样，只要使侧孔处的小木髓球带电，然后与麦杆上的另一只小木髓球接触，两只小球就带同种电荷，相互排斥而分开，银丝就呈现扭转。

多次实验结果表明，扭转角的大小与扭力成正比，由实验数据可知，斥力的大小与距离的平方成反比。

扭秤实验的原理为：在细金属丝下悬挂一根秤杆，它的一端有一小球A，另一端有平衡体P，在A旁还置有另一与它一样大小的固定小球B。

为了研究带电体之间的作用力，先使A、B各带一定的电荷，这时秤杆会因A端受力而偏转。

转动悬丝上端的悬钮，使小球回到原来位置(为了测出扭转角)。

这时悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩。

如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定，则由旋钮上指针转过的角度读数和已知的秤杆长度，可以得知在此距离下A、B之间的作用力。

库仑定律内容：库仑定律——描述真空中（干燥空气中近似适用）静止点电荷（或其一运动）之间的相互作用力的规律。

表达式:F=k*(q1*q2)/r²*er ——两者之间的距离e——从q1到q2方向的矢径k ——库仑常数比例常数k = 1/(4*π*e0)上式表示：若q1 与q2 同号， F 12沿r 方向——斥力若两者异号，则 F 12 沿- r 方向——吸力.显然q2 对q1 的作用力F21 = -F12 （1-2）。

库仑扭秤

12库仑扭秤一实验目的1、了解了解库伦扭秤工作原理。

2、学习掌握使用库仑扭秤测量两带电粒子间的电场力二实验原理与说明库仑定律（Coulom's Law ）是静电现象的基本实验定律，它表明固定在真空中相距为R 的两点电荷q 1与q 2之间的作用力：正比于它们的电荷量的乘积；反比于它们之间距离的平方；作用力的方向沿两者间的连线；两点电荷同性为斥力，异性为吸力（如图1所示），表达式为121212230044R q q q q F a R R R πεπε==图 1 两个点电荷的相互作用本装置采用投影仪进行放大观测，定量演示库仑定律。

根据高斯定律，均匀带电球面在面外各点的电场分布与点电荷的电场分布相同，因此，实验中采用球形带电体做为点电荷的近似模型。

三仪器简介库仑扭秤12q 1再画结构图如图所示，仪器主要由扭摆球，移动球，透明方箱三部分组成。

1、配重；2、调零片；3、游丝；4、摆架；5摆轴；6轴承7、摆杆（一半为绝缘材料，另一半为铝材）；8、指针；9、透明方箱；10、底脚；11、止动旋钮；12、微调零旋钮；13、测力标尺14、测距标尺；15、移动旋钮；16、A球底座；17、拉板；18、A、B：带电球四实验内容1、实验准备（1）投影调焦把仪器放在投影器上，调节焦距，使测力标尺13和测距标尺14的刻度线都能在银幕上清晰可见。

（2）零点微调将止动旋扭11旋出，使旋钮前端与指针8相离约5㎜，当发现指针与测力标尺的0刻度不重合时，需要零点微调，把微调零旋钮12松开，轻轻移动标尺，使指针准确指零之后，再轻轻拧紧旋扭。

2、演示步骤演示1：电量一定时，F与r的关系。

（1）将移动旋扭15松开，向右推动旋扭，使A球与B球相靠。

（2）使有机玻璃棒与丝绸摩擦带电。

（3）将拉板拉开，把带有的有机玻璃棒伸入箱内，穿过两球底部，棒的前端微微翘起，离左侧壁1-2㎝时，使棒接触两球，向外边拉边转，给球带电。

因两球靠在一起同时带等量电荷。

库仑扭秤实验原理

库仑扭秤实验原理库仑扭秤是一种用来测量电荷之间相互作用的仪器，它是根据库仑定律设计的。

库仑定律是描述电荷之间相互作用的力的定律，它表明两个电荷之间的相互作用力与它们之间的距离的平方成反比，与它们之间的电荷量的乘积成正比。

库仑扭秤实验原理就是利用库仑定律来测量电荷之间的相互作用力。

在库仑扭秤实验中，通常会使用一个悬挂在细丝上的金属球，球的下方有一个固定的金属盘。

当给金属球带上电荷后，它会受到一个扭矩，使得细丝发生扭转。

通过测量细丝的扭转角度，可以计算出电荷之间的相互作用力。

库仑扭秤实验的原理可以用以下步骤来描述：1. 确定扭矩和扭转角度的关系。

在实验开始前，需要先确定细丝的扭矩和扭转角度之间的关系。

这可以通过在不同的扭矩下测量细丝的扭转角度来实现。

2. 给金属球带上电荷。

通过摩擦或者感应的方式，给金属球带上一定的电荷。

可以通过已知的方法来确定金属球带上的电荷量。

3. 测量扭转角度。

将带有电荷的金属球放置在固定的位置，测量细丝的扭转角度。

通过测量扭转角度，可以计算出电荷之间的相互作用力。

4. 计算电荷之间的相互作用力。

利用库仑定律，可以根据扭转角度和扭矩的关系，计算出电荷之间的相互作用力的大小。

通过库仑扭秤实验，可以准确地测量电荷之间的相互作用力，从而验证库仑定律。

这对于研究电荷之间的相互作用以及电磁场的性质具有重要的意义。

总之，库仑扭秤实验原理是利用库仑定律来测量电荷之间的相互作用力。

通过测量细丝的扭转角度，可以计算出电荷之间的相互作用力的大小，从而验证库仑定律的正确性。

这种实验方法在研究电荷之间的相互作用以及电磁场的性质方面具有重要的应用价值。

库仑扭秤：悬丝的扭力能够为物理学家提供一种精确地测量很小的力的

库仑扭秤：悬丝的扭力能够为物理学家提供一种精确地测量很小的力的方法。

扭转力矩与悬丝的扭转角成正比，与悬丝直径的4次方成正比，与悬丝的长度成反比。

库仑扭秤的主要部分是一根金属细丝，上端固定，下端悬有物体，在外力作用下物体转动，使金属丝发生扭转，测量出扭转角度，就可以根据扭转定律算出外力。

磅秤：磅秤的原理是依据力来测的，但是在地球上，在认为地球是不动的参考系（惯性参考系）中，磅秤称出来的结果是“正确”的。

因为这时重力加速度是取了9.8（单位我就不写了哈~~麻烦~^-^）的。

要是到了月球上，称出来的就不是“正确”的了，因为磅秤把重力加速度还看作是9.8，而事实上月球上的重力加速度比这小多了。

弹簧秤：主要是胡克定理：F=kx.弹簧的长度与所受外力成正比。

这个比值就是弹簧的倔强系数k。

电子秤：秤重物品经由装在机构上的重量传感器，将重力转换为电压或电流的模拟讯号，经放大及滤波处理后由A/D处理器转换为数字讯号，数字讯号由中央处理器(CPU)运算处理，而周边所须要的功能及各种接口电路也和CPU连接应用，最后由显示屏幕以数字方式显示。

钢弦式钢筋测力计：工作原理是源于一根张紧的钢弦振动的谐振频率与钢弦的应变或者张力成正比，这种基本关系可以用来测量多种物理量如应变、荷载、力、压力、温度和倾斜等。

振弦传感器较一般传感器的优点就在于传感器的输出是频率而不是电压。

频率可以通过长电缆（>2000米）传输，不会因为导线电阻的变化、浸水、温度波动、接触电阻或绝缘改变等而引起信号的明显衰减。

除此之外，再加上基康独特工艺的设计和制造，基康的振弦式传感器均具有极好的长期稳定性，特别适于在恶劣环境中的长期监测。

土压力盒：土体是由微小颗粒组成的，土体内部存在大量孔隙，使其具备了土体中存在微裂隙的两个基本条件。

同时也符合断裂力学认为材料中本来就存在微裂隙的假设。

在一定的受力条件下，土粒之间的结构联系沿薄弱环节逐渐破损，微裂隙逐步发展成为宏观的裂缝，最终导致土体的断裂破坏。