卡文迪许与卡文迪许扭秤实验
卡文迪许扭秤实验法
卡文迪许扭秤实验法
卡文迪许用一根39英寸的镀银铜丝，吊起一根6英尺长的木杆，在杆的两端各固定一个直径2英寸的小铅球，另用两颗直径12英寸的固定着的大铅球吸引它们。
如果能够测出铅球间引力引起的摆动周期，由此计算出两个铅球的引力，就能够推算出地球的质量和密度。
可是，在卡文迪许的实验室里，根本没有那么精确的度量仪器。
两个一公斤重的铝球相距十公分时，相互之间引力只有百万分之一克。
即使空气中的飘尘，也能干扰它的准确度，这怎么能够测量呢？一连几天，卡文迪许都把自己关在实验室里，整天冥思苦想。
走在半路上，他看到几个小孩子，正在作一种有趣的游戏：他们每人手里拿着一面小镜子，用来反射太阳光，互相照着玩。
镜子只要稍一转动，远处光点的位置就发生很大变化。
“真有意思！”看着那些活泼的孩子，卡文迪许想。
突然之间，他茅塞顿开。
他掉头跑回实验室，对自己的实验装置进行了一番革新。
他把一面小镜子固定在石英丝上，用一束光线去照射它。
光线被小镜子反射过来，射在一根刻度尺上。
这样，只要石英丝有一点极小的扭动，反射光就会在刻度尺上明显地表示出来。
扭动被放大了！实验的灵敏度大大提高了，这就是著名的“扭秤”实验法。
卡文迪许扭秤实验原理
卡文迪许扭秤实验原理
卡文迪许扭秤是一种用来测量物体的扭转力的仪器，常用于物理学、材料科学等领域的研究。
其工作原理基于胡克定律，即扭转力与扭转角度成正比。
卡文迪许扭秤由一根圆柱形的金属杆和两个固定的转轴组成。
当一个物体被夹在两个转轴之间时，它会受到扭转力，并沿着轴线发生扭转。
仪器的扭转力与物体受到的扭转角度成正比。
这个比例常称为扭曲系数，用G表示。
如果物体的长度为L，直径为D，且扭曲系数为G，那么在一个角度为θ的扭转力下，它所受到的扭转力可以由以下公式计算得出：
T = (G ×θ× L × D^4) / (32)
其中，T表示扭转力，G表示扭曲系数，θ表示扭转角度，L表示物体的长度，D表示物体的直径。
卡文迪许扭秤可以用来测量物体的刚度和弹性模量等物理性质。
在实验中，先将物体夹在两个转轴之间，然后通过旋转一个转轴来施加扭转力。
通过测量扭转角度和扭转力，可以计算出物体的扭曲系数，从而得出物体的刚度和弹性模量等物理性质。
总之，卡文迪许扭秤是一种常用的测量物体扭转力的仪器，其工作原理基于胡克定律，通过测量扭转角度和扭转力可以计算出物体的扭曲系数，从而得出物理性质。
- 1 -。
经典物理学实验--卡文迪许扭秤实验
经典物理学实验--卡文迪许扭秤实验一、卡文迪许简介卡文迪许(Henry Cavendish,1731 ～ 1810 年)英国化学家、物理学家。
1731 年10 月10 日生于法国尼斯。
1742—1748 年他在伦敦附近的海克纳学校读书。
1749— 1753 年期间在剑桥彼得豪斯学院求学。
在伦敦定居后，卡文迪许在他父亲的实验室中当助手，做了大量的电学、化学研究工作。
他的实验研究持续达50 年之久。
1760 年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员,1803 年又被选为法国研究院的18名外籍会员之一。
1810年3 月10 日,卡文迪许在伦敦逝世，终身未婚。
与伽利略和开普勒等科学家不同，卡文迪许非常富有，从不为自己的生存而担心。
伽利略玩笑的说：“他是一切有学问的人当中最富有的，一切富有的人当中最有学问的”。
与众多科学家一样，卡文迪许具有很多怪癖的性格。
据说卡文迪许很有素养，但是没有当时英国的那种绅士派头。
他不修边幅，几乎没有一件衣服是不掉扣子的；他不好交际，不善言谈，终生未婚，过着奇特的隐居生活。
卡文迪许为了搞科学研究，把客厅改作实验室，在卧室的床边放着许多观察仪器，以便随时观察天象。
他从祖上接受了大笔遗产，成为百万富翁。
不过他一点也不吝啬。
有一次，他的一个仆人因病生活发生困难，向他借钱，他毫不犹豫地开了一张一万英镑的支票，还问够不够用。
卡文迪许酷爱图书，他把自己收藏的大量图书，分门别类地编上号，管理得井井有序，无论是借阅，甚至是自己阅读，也都毫无例外地履行登记手续。
卡文迪许可算是一位活到老、干到老的学者，直到79 岁高龄、逝世前夜还在做实验。
卡文迪许一生获得过不少外号，有“科学怪人”，“科学巨擘”，“最富有的学者，最博学的富豪”等。
卡文迪许虽然爱好孤独的生活，但对于别人所作的研究工作却是很感兴趣，例如，他曾将一些钱送给青年科学家戴维作实验之用，有时还亲自跑到皇家学会去参加戴维的分解碱类的实验。
卡文迪许于1773 年底前就完成了一系列的静电实验，可是他没有发表那些重要的成果。
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。
历史趣谈卡文迪许扭秤实验如何验证万有引力定律
历史趣谈卡文迪许扭秤实验如何验证万有引力定律
卡文迪许扭秤实验是由美国物理学家卡文迪许（Henry Cavendish）于1798年进行的一组实验，它为我们证明了万有引力定律（Universal Law of Gravitation）。
万有引力定律是牛顿发明的一条定律，它描述了所有物体之间的引力作用，并将其描述为一个简单的方程式。
在1798年，牛顿的学生、物理学家卡文迪许（Henry Cavendish）发现，要证明这条定律，他需要一个更有力的证据。
他因此想出了一种利用机械装置来测量和测算物体之间的引力作用的方法，也就是今天我们所知道的卡文迪许扭秤实验。
卡文迪许扭秤实验是一种基于力平衡的实验，它涉及大量的精确测量和计算，使它具有极高的精度。
实验装置由一个大型扭秤、一个小型扭秤以及一些其它的物体组成，这些物体分别是一根塔形结构、一个支点、一个钩子、一个球形的铅球和一些夹住铅球的把手。
大扭秤上方的钩子固定了一个球形铅球，而小扭秤的一头则固定在塔形结构的支点上，另一头则夹住了铅球上的把手，铅球就悬挂在两部扭秤之间并平衡在一起，这种结构使得小扭秤的大小可以改变。
在进行实验时，卡文迪许使用了一种精密的测量仪器，称为杆计，可以准确测量出小扭秤大小的变化，以及大小扭秤之间在改变时所受的力大小，从而推断出这些铅球之间的引力大小。
历史趣谈：卡文迪许扭秤实验如何验证万有引力定律
如对您有帮助，可购买打赏，谢谢
卡文迪许扭秤实验如何验证万有引力定律
导语：卡文迪许简介实在不能概括这位18世纪英国著名科学家充实而辉煌的一生。
在卡文迪许身上，人们既能找到同时代科学家的影子，也能发现他与众不
卡文迪许简介实在不能概括这位18世纪英国著名科学家充实而辉煌的一生。
在卡文迪许身上，人们既能找到同时代科学家的影子，也能发现他与众不同的强烈个性。
可以说他的一生在科学上是辉煌的，但是他生活上，他却是个彻底的叛逆者，处处显得与众不同。
卡文迪许肖像
在卡文迪许简介中，可以看出，他在科学上的成就是广泛而辉煌的。
在物理学上他对电学的研究比较深入，但是由于卡文迪许生性腼腆，这些手稿直到他去世后才被人们发现。
而另外一个物理学上的成就就是称量地球，计算出万有引力常数，证明牛顿万有引力定律的正确性。
而在化学上，卡文迪许的成就更是显而易见的，他研究了空气的成分，确定水是一种化合物，还发现了硝酸。
这还不算，卡文迪许在科学上一向富有前瞻精神，他发现了二氧化碳，这一成就，让他获得了英国皇家协会的奖章，这在当时是至高无上的荣誉。
而他还发现了氢气，并且证明氢气在氧气中燃烧可以生成水，为此他还与著名发明家瓦特起了争论，后来以双方和解告终，此外卡文迪许还对惰性气体进行了研究。
但是在卡文迪许的简介中，在生活上，他是孤僻、沉闷、离群索居的人。
他不仅终身未婚，还从来不参与世俗的社交，虽然他出生贵族家庭，继承了一大笔财富，但是卡文迪许却对金钱从来都没有概念，他从来都是生活简朴，所以他一直被认为是科学史上的怪人。
卡文迪许趣闻轶事
生活常识分享。
卡文迪许扭秤
我们每个人都生活在地球上，可是，你知道地球有多重吗？你知道如何去称量地球吗？对一般人来说，这可真是个难以回答的问题。
我们知道，要称量一个物体，我们用的是天平或者杆秤。
可是，地球那么重，到哪里才能找到这么大的一杆秤呢?就算找到了，我们又怎么能够把地球放到秤上去呢？第一个回答称量地球这个问题的人，是英国科学家卡文迪许。
历史上许多著名的科学家都有自己的鲜明形象。
在他们当中，卡文迪许的形象也许有点奇特，但他那献身科学的一生，给后人留下的印象却是完美而深刻的。
引力到底有多大？法国天文学家阿拉戈曾经说过：“如果我们不是时时刻刻都看见物体在坠落，那引力对我们来说就会是一种非常奇怪的现象了。
”的确，虽然我们每天都看到地球吸引着地面上的一切物体，但习惯早已使我们把它们看成是非常自然而且极普通的现象，只有像牛顿那样的天才，才会在苹果落地的故事中思考其中的奥秘。
牛顿发现，世界上的万事万物彼此之间都是互相吸引着的，这种吸引力就是万有引力。
可是在日常生活里，我们却从来没有见过谁像铁被吸铁石吸引一样，被另一个人吸了过去。
为什么我们看不到桌子、西瓜、人体互相吸引着呢？为什么我们自身对这种引力一点感觉都没有呢？这里的原因就是，对小物体来说，引力太小了。
我们可以举一个简单的例子。
假如有两个人相隔2米站着。
这时候他们是互相吸引着的，可是这中间的引力小极了：对中等体重的人说来，这个力仅仅等于一个十万分之一克的砝码压在天平盘上的分量。
这样小的力，只有实验室里最最灵敏的天平才能察觉出来！跟我们的脚与地板之间的摩擦力（它大概等于体重的30％）相比，引力简直小得可笑，根本不可能让我们察觉出来。
可是如果没有了摩擦，情况就不同了。
这时候甚至连最弱的引力也会使物体相互接近。
只要简单的心算，我们就可以算出，在没有摩擦的情况下，相隔两米站着的两个人，在第一小时会彼此相向移动3厘米；在第二小时会再靠近9厘米，第三小时再接近15厘米。
他们的运动越来越快，但是要等到这两个人紧紧靠拢，至少要经过5小时。
卡文迪许扭秤实验
T形架水平部分的的两端各装一个质量 是m的小球,竖直部分装一面小平面镜 M，把射来的光线反射到刻度尺上，比 较精确地测量金属丝地扭转。
当万有引力产生的力矩与金属丝扭转力 矩平衡时，T形架静止不动，扭转的角度 可以从小镜M反射的光点在刻度尺上移 动的距离求出，再根据金属丝的扭转力 矩跟扭转角度的关系，就可以算出这时 的扭转力矩，进而求得m与m'的引力F卡 Nhomakorabea迪许扭秤实验
赵俊林
万有引力定律
G=6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg²
G最早如何测得？
卡文迪许扭秤实验
实验原理
用准直的细光束照射镜子，细光束 反射到一个很远的地方，标记下此 时细光束所在的点。 用两个质量一样的铅球同时分别吸 引扭秤上的两个铅球。由于万有引 力作用。扭秤微微偏转。但细光束 所反射的远点却移动了较大的距离。 用此计算出了万有引力公式中的常 数G。
2.勇于创新
化小为大，将十分微小的变化通过设计实现放大，巧妙设计扭秤实验来测量引 力常数，凭借高超的实验技巧和强大的数理基础，为科学界做出卓越的贡献。
THANKS
实验精妙之处
实验巧妙地利用光的反射实现二次放大（微小形变放大） 1. 尽可能地增大了T型架连接两球的长度使两球间万有引 力产生较大的力矩，使杆偏转
2. 尽力的增大弧度尺与系统的距离使小镜子的反射光在弧 线上转动了较大角度
启发
1.严谨的求知态度
卡文迪许认为大铅球对小铅球的引力是极其微小的，任何一个极小的干扰力就会 使实验失败。他发现最难以防止的干扰力来自冷热变化和空气的流动。为了排除误 差来源，卡文迪许把整个仪器安置在一个关闭房间里，通过望远镜从室外观察扭秤 臂杆的移动。测得引力常量G=6.754×10-11m3kg-1s2，与目前的公认值只差百分之一， 在此后得89年间竟无人超过他的测量精度。
卡文迪许与卡文迪许扭秤实验
卡文迪许与卡文迪许扭秤实验程光洪、次珍一、卡文迪许简介卡文迪许(Henry Cavendish,1731～1810年)英国化学家、物理学家。
1731年10月10日生于法国尼斯。
1742—1748年他在伦敦附近的海克纳学校读书。
1749—1753年期间在剑桥彼得豪斯学院求学。
在伦敦定居后，卡文迪许在他父亲的实验室中当助手，做了大量的电学、化学研究工作。
他的实验研究持续达50年之久。
1760年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员，1803年又被选为法国研究院的18名外籍会员之一。
1810年3月10日，卡文迪许在伦敦逝世，终身未婚。
与伽利略和开普勒等科学家不同，卡文迪许非常富有，从不为自己的生存而担心。
略玩笑的说：“他是一切有学问的人当中最富有的，一切富有的人当中最有学问的”。
与众多的科学家一样，卡文迪许具有很多怪癖的性格。
据说卡文迪许很有素养，但是没有当时英国的那种绅士派头。
他不修边幅，几乎没有一件衣服是不掉扣子的；他不好交际，不善言谈，终生未婚，过着奇特的隐居生活。
卡文迪许为了搞科学研究，把客厅改作实验室，在卧室的床边放着许多观察仪器，以便随时观察天象。
他从祖上接受了大笔遗产，成为百万富翁。
不过他一点也不吝啬。
有一次，他的一个仆人因病生活发生困难，向他借钱，他毫不犹豫地开了一张一万英镑的支票，还问够不够用。
卡文迪许酷爱图书，他把自己收藏的大量图书，分门别类地编上号，管理得井井有序，无论是借阅，甚至是自己阅读，也都毫无例外地履行登记手续。
卡文迪许可算是一位活到老、干到老的学者，直到79岁高龄、逝世前夜还在做实验。
卡文迪许一生获得过不少外号，有“科学怪人”，“科学巨擘”，“最富有的学者，最博学的富豪”等。
另外，卡文迪许最厌恶和害怕两件事物，一是奉承，他听到奉承的话常常十分窘迫、不知所措：一是女人，他最怕和女人接触，所以终生未婚，而且他每天和女管家之间都用纸条来联系。
卡文迪许的一生，一心扑在科学研究上面。
他一生经常涉足的地方只有两处，一是英国皇家学会的聚会，二是在参加班克斯爵士每星期日晚上宴请各科学家的聚会。
卡文迪许扭秤实验对现代科学研究的启示
卡文迪许扭秤实验对现代科学研究的启示卡文迪许扭秤实验是一项重要的实验，改变了一个重要的科学研究的方向，并使我们对宇宙的认识取得了重大突破。
1798年，卡文迪许发现，交流电力可以引起磁体的扭曲。
由于这个发现，现代科学家们得以研究出磁体，光和电波的等离子体特性，使人们能够研究到大规模的自然现象，并建立起各种理论，改变了宇宙的认知。
卡文迪许的扭秤实验也改变了后来科学研究的方向。
由于这个实验，人们不再只是收集实验数据，而是研究实验的规律。
随着科学家们对实验的深入研究，他们发现，实验结果不一定是直接可见的，而是从实验中观察到的某种规律。
例如，由于实验发现，磁力会随着电流的变化而改变，由此，科学家们发现了磁场一种物理量，在磁场中就可以观察到磁力的变化。
由此，科学家们又进一步发现了磁力作用于电流的相互作用电磁学原理，这也成为了现代科学的基础。
最后，卡文迪许的扭秤实验还让现代科学家们更进一步地发掘宇宙未知的奥秘。
不管是量子力学，物质的构成特性，黑洞的出现，还是广义相对论，甚至是现在极为流行的多元宇宙理论，这些都是从卡文迪许的实验和研究中得来的。
通过卡文迪许扭秤实验，宇宙的认知出现了重大改变。
科学家们发现，实验不仅可以从实验中得到可见的数据，还可以从实验中观察到一定的规律，甚至探索出宇宙的更深层次的秘密。
这就是现代科学研究中这一发现的启示，它改变了我们对宇宙的认识，使我们越来越接近宇宙最终的真相。
卡文迪许扭秤实验原理
卡文迪许扭秤实验原理
实验中，金属丝一端固定，另一端连接一个可扭转的圆环或者片状物体，被试样。
当对被试样施加一个扭转力矩时，金属丝会扭转一定的角度。
实验测量的基本量是扭转角度和扭转力矩。
通过实验测量金属丝在不同扭转力矩下的扭转角度，可以得到其扭转
力矩与扭转角度之间的关系曲线。
常见的曲线为线性关系，即弹性区域，
斜率代表了材料的刚度。
而在超过一定扭转力矩之后，曲线会变得非线性，金属丝开始发生塑性变形。
该点称为屈服点，屈服点之后的区域称为塑性
区域。
T=Gθ/L
其中，T是扭转力矩，G是材料的剪切模量，θ是扭转角度，L是金
属丝的长度。
通过测量扭转角度和与之对应的扭转力矩，可以计算得到剪
切模量。
1.确保金属丝具有足够的长度，以便在实验中能够产生足够的变形。
2.确保金属丝在弹性区域内进行扭转，避免超过屈服点产生塑性变形。
3.使用精确的测量仪器来测量扭转角度和扭转力矩，以获得准确的结果。
4.进行多次实验来验证结果的可靠性，并计算平均值以减小误差。
卡文迪许扭秤实验介绍
卡文迪许扭秤实验介绍卡文迪许扭秤实验是历史上最有名的科学实验之一，这个实验是由英国著名科学家卡文迪许设计完成的，并以他的名字命名，这个实验测出了地球引力的常值，下面是为你搜集卡文迪许扭秤实验的相关内容，希望对你有帮助!卡文迪许扭秤实验卡文迪许扭秤实验是历史上最有名的科学实验之一，这个实验是由英国著名科学家卡文迪许设计完成的，并以他的名字命名，这个实验测出了地球引力的常值，证明了牛顿万有引力定律的正确性，可以说是人类科学事业上的伟大成果之一。
卡文迪许扭秤实验的原理非常巧妙，因为在当时没有精密仪器的条件下，要验证物体的微小变化量很不容易，因此卡文迪许扭秤实验的做法就是将不易察觉的微小变化量，转化为较大的显著的变化量，然后再根据计算微小变化量与较大的显著变化量之间的关系，从而成功地测量出了万有引力常数，虽然这个数据并不是非常精准，有后世测出的数据有百分之一的差距，但是在当时，这绝对是一项史无前例的成就，而且此后近百年都无人打破这个记录，更可贵的是卡文迪许证明了牛顿万有引力定律的正确性。
卡文迪许扭秤实验的具体做法虽然显得有些繁琐，普通人可能不太容易领会，不过原理是简单明了的，这个实验同时也运用了光的折射原理，可以说是一项非常符合科学规律的实验。
卡文迪许在做这个实验时已经是古稀老人，但是他依然靠着顽强的毅力和严谨的科学精神，完成了这一伟大的实验，实在非常可贵。
卡文迪许成就卡文迪许成就主要分为两方面，一是物理成就。
在物理方面，他对电学的研究非常深入，在后人发现的很多卡文迪许的手稿中，人们发现他在电学方面的很多研究都走在了时代前列。
而卡文迪许扭秤实验用非常巧妙的用实验的方式测量出万有引力常数，从而证明了牛顿万有引力定律的正确性，而且它还推测出地球的密度，从而称量出地球的质量，卡文迪许因此被称为称量地球的第一人。
卡文迪许成就的第二方面就在化学方面，在化学领域内，他的成就同样突出。
卡文迪许研究出空气的组成成分，指出水是一种化合物。
世界有名的科学家坚持实验 而成功的事例
世界有名的科学家坚持实验而成功的事例英国人卡文迪许(1731—1810)是有史以来最伟大的实验科学家之一。
他在力学、热学、电学、化学等领域都有划时代的贡献。
一百多年前,卡文迪许就用自己设计的扭秤，推算出了地球密度是水密度的5.481倍(现在的数值为5.517)，并计算出了地球的质量和万有引力常数。
后人称他是“第一个称量地球的人”。
在研究电学的时候，卡文迪许把自己的身体当作试验仪器，根据身体各部位的麻木感觉，来估计电流的强弱。
凭着这种奋不顾身的精神，他发现了电荷的平方反比定律等重大电学规律。
卡文迪许还善于将科学应用于社会。
他曾为火药仓库研究避雷装置，为国家造币厂研究减少金币磨损消耗的办法。
卡文迪许在科学上有那么多的贡献，可在生活上却被称作怪人。
他腰缠万贯，但没有一件不掉扣子的衣服;他有一处宽大漂亮的住宅，却没有妻子儿女;他不善交际，见人会脸红，甚至连女仆也回避，因此还得罪过不少人。
他死后留下大量资料和手稿，麦克斯韦整理了五年，最后出版了《亨利·卡文迪许的电学研究》一书。
一生俭朴的卡文迪许留下大笔遗产，其中一部分由他的家族在1871年捐赠给剑桥大学，剑桥大学用这笔钱建立了举世闻名的“卡文迪许实验室”。
这个实验室对一百多年来物理科学的进步作出了巨大的贡献，前后培养出诺贝尔奖金获得者26人。
跨越百年经典史上最美实验——记物理学史上三次扭秤实验
关键词 ： 扭 秤 实验 ； 库仑 ； 卡 文迪 许 ； 厄 缶 中 图分 类 号 ： Ｇ６ ３ ３ ． ７ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ３ —６ １ ４ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ４ （ Ｓ ） － ０ ０ １ ５ —３
物 理 学 是 探 索 物 质 世 界及 其 运 动 的规 律 的
业革命 的出现 。 可以说库仑 电扭秤实验是经典 电磁 学研究 的转折点 ， 是经典 电磁学 大厦 的奠基之作 。
２ 卡 文 迪许扭 秤 实验
板， 玻璃 板 上 面 开两 个 洞 ， 中间 的洞 装 有 一 支 ６ ０
厘米 的玻 璃 管 。 是管 顶 的一 个 螺旋 测 角器 ， 下 面用 银 丝悬 挂一 横 杆 ，杆 的 一端 为 一小 球 Ａ， 另
一
１ ７ ９ ８年 英 国物 理 学 家 卡 文迪 许 利 用扭 秤 实 验 成功 地测 出了万 有 引力 常 量 的数值 ． 从 而 验证 了牛顿 万有 引 力定律 的正确 性 。 卡文迪 许 实验所
端 为平 衡 配重 纸 片 Ｂ 。玻 璃缸 壁上 刻 有 ３ ６ ０个 指 在 零刻 度 。固定 在 绝缘 竖杆 末端 的大小 相 同
的大 小 约为 ｌ ： ２ ： ４ 。依 据 电扭秤 实验 库仑 得 出 了 “ 带 同种 电荷 的两球 之 间 的排斥 力 ，与两球 中心
之 间距离 的平 方成 反 比 ” 的结论 。
表 了 一 篇 有 关 电 荷 之 间作 用Байду номын сангаас力 的 论 文 ，
阐 述 了 他 对 电 荷 之
Ｚ 斗
科 学 家分 别做 过 的扭 秤实 验 ， 他 们巧 妙 地运 用 了 扭 秤放 大微 小 作用 力 的特 点 ， 对 物理 学 的发 展做
卡文迪许扭秤实验对现代科学研究的启示
卡文迪许扭秤实验对现代科学研究的启示伊利诺伊州斯普林菲尔德利尔大学的讲座厅里，经历了漫长的等待之后，终于迎来了一个特别的客人世界著名的科学家卡文迪许。
他向应到的学生们分享了他的不朽功绩，以及他的“扭秤实验”。
卡文迪许的扭秤实验不仅被誉为物理界的奇迹，也是现代科学研究的重要参考。
它以测量质量的变化来检验牛顿定律，并一次证实了重力与距离是成反比关系的。
扭秤实验由卡文迪许于1798年发明。
他搭建了一个由桥梁支架组成的架子，在架子的末端挂上一个秤盘，放置一块重物，然后就可以测量重力变化的规律。
因为前期物理学家认为重力是一个不变的现象，所以这个实验尤其值得引起注意。
卡文迪许的实验发现，距离重力中心越远，重力的作用力就越小，与此同时重物的质量也随之变化。
这一实验证明了牛顿定律，也证明了重力强度随距离变化而变化，且与距离成反比。
这是宇宙规律的重要发现，它提供了现代科学研究的宝贵启示。
如今，利用卡文迪许实验得出的结论，我们已经可以在实际中运用。
对于天文学而言，卡文迪许实验给了宇宙力学研究的分析方法，这在星系的演变、星系形成和形态演变等方面具有重要的意义。
此外，卡文迪许实验的研究成果也为我们提供了深入了解地心引力的有力
手段，有助于我们更加准确地计算地球的自转速度和日月等行星的运行轨道。
卡文迪许实验是一项伟大的发现和挑战，它不仅为科学研究带来
重要启示，也为科学研究奠定了基础。
如今，科学家们继续深入研究重力，努力成就宇宙的规律。
总的来说，卡文迪许的“扭秤实验”对现代科学研究极具重要意义，也是对宇宙规律的一次重大发现，这也是它能被誉为物理界的奇迹。
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。
卡文迪许扭秤实验调研报告
卡文迪许扭秤实验调研报告调研报告：卡文迪许扭秤实验一、引言卡文迪许扭秤实验是一种经典的物理实验，通过测量金属细丝的扭转角度和恢复力矩之间的关系，来研究材料的物理性质，尤其是弹性性质。
本次调研旨在了解卡文迪许扭秤实验的基本原理、实验装置、以及实验过程中的注意事项和实验结果的分析。
二、实验原理卡文迪许扭秤实验基于胡克定律，即物体的形变（扭转角度）与外力（恢复力矩）之间成正比。
当给定物体施加一个扭力时，物体会受到恢复力矩的作用，尽可能地恢复到初始状态。
该恢复力矩与物体的形变相关，通过测量形变和恢复力矩，可以推导出材料的弹性常数。
三、实验装置卡文迪许扭秤实验主要需要以下装置：1. 扭转细丝：通常由金属制成，固定在一个支架上，一端连接一个刻度盘。
2. 悬挂物体：在扭转细丝上悬挂一个物体，作为形变力的来源。
3. 扭力器：提供恢复力矩，通过调节扭力器的扭力大小来改变物体的形变。
4. 单臂测力计：用于测量扭转细丝的恢复力矩。
四、实验过程卡文迪许扭秤实验的具体过程如下：1. 将扭转细丝固定在支架上，并通过刻度盘标记出初始位置。
2. 悬挂一个物体在扭转细丝的下方，记录下物体的质量。
3. 使用扭力器给予扭转细丝一个扭力，产生一个形变。
4. 使用单臂测力计测量恢复力矩，同时记录下扭力器施加的扭力大小和形变角度。
5. 重复上述步骤，改变悬挂物体的质量和扭力器施加的扭力大小，以便获得多组实验数据。
6. 根据实验数据，绘制形变角度与恢复力矩之间的关系曲线。
7. 通过曲线拟合，得到材料的弹性常数。
五、注意事项在进行卡文迪许扭秤实验时，需要注意以下事项：1. 确保实验环境的平衡和稳定，以避免外力的干扰。
2. 扭转细丝需要充分拉直，避免任何形式的弯曲。
3. 细心排除实验仪器本身的一些系统误差，如刻度盘的零位校准等。
4. 在记录数据时，尽量减小读数误差，提高测量精度。
六、实验结果分析通过卡文迪许扭秤实验的数据，可以绘制形变角度与恢复力矩之间的关系曲线。
卡文迪许扭秤实验
（c）使万有引力定律有了真正的实 用价值，可测量远离地球的天体的质 量、密度等。卡文迪许被称为是首次 称出地球质量的人.
1把微小力根本不可能觉察到转变成力矩来反映一次放大22扭转的微小角度又通过光标的移动来反映二次放大?卡文迪许扭秤实验的科学意义及价值
二.实验：引力常量的测量
卡文迪许扭秤实验
卡文迪许 ①数值： G=6.67×10-11 Nm2/kg2 ②G值的物理含义：两个质量为1kg的物体相距 1m时，它们之间万有引力为6.67×10-11 N
测量原理：
扭转力矩:M1=kθ
引力矩: M2=F引‧L=Gmm‧L r2
由力矩平衡：M1=MBiblioteka ，得Gmm r2‧L=
kθ
即：G kr 2
mml
巧妙之处：
1、把微小力（根本不可能觉察到）转 变成力矩来反映 （一次放大）
2、扭转的微小角度又通过光标的移 动来反映 （二次放大）
卡文迪许扭秤实验的科学意义及价值：
卡文迪许扭秤实验
卡文迪许扭秤法测量万有引力常数一 实验目的1. 掌握在扭秤摆动中求平衡位置的方法。
2. 掌握如何通过卡文迪许扭秤法测量万有引力常数。
二 实验原理根据牛顿万有引力定律，间距为r, 质量为 m 1 和m 2 的两球之间的万有引力F 方向沿着两球中心连线，大小为221rm m GF 其中G 为万有引力常数。
图1 卡文迪许扭秤法原理图实验仪器如卡文迪许扭秤法原理图所示。
卡文迪许扭秤是一个高精度的仪器，非常灵敏，为保护仪器和防止外界干扰影响实验测量，扭秤被悬挂在一根金属丝上，装在镶有玻璃板的铝框盒内，固定在底座上。
实验时，把两个大球贴近装有扭秤的盒子，扭秤两端的小球受到大球的万有引力作用而移近大球，使悬挂扭秤的悬丝扭转。
激光器发射的激光被固定在扭秤上的小镜子反射到远处的光屏上，通过测量光屏上扭秤平衡时光点的位置可以得到对应的扭转角度, 从而计算出万有引力常数G 。
假设开始时扭秤扭转角度00=θ，把大球移动贴近盒子放置，大小球之间的万有引力为F ，小球受到力偶矩N =2 Fl 而扭转，悬挂扭秤的金属丝因扭转产生与力偶矩N 相平衡的反向转矩N ’= K(θ/2)，扭秤最终平衡在扭角θ的位置：2/F GMm d =2(/2)Fl K θ=l dGMm K 24=θ 其中 K 是金属悬丝的扭转常数，M 是大球的质量，m 是小球的质量，d 是大球小球的中心的连线距离，l 是小球中心到扭秤中心的距离。
由转动方程可求得悬丝的扭转常数:通过转动惯量I 和测量扭秤扭转周期T 就可以得到金属丝的扭转系数K224TI K π= 假设小球相对大球是足够轻，那么转动惯量22ml I = 因此扭转角ld GMT 2222πθ= 当大球转动到相反的对称位置后，新平衡位置是θ-,因此平衡时的总扭转角为ld GMT 2222πθ= 通过反射光点在光屏上的位移S 可以得到悬丝扭转角度。
由于万有引力作用很弱，使得扭秤平衡时扭转角很小，此时可以认为：DS =θ2 其中D 是光屏到扭秤的距离。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
卡文迪许与卡文迪许扭秤实验
程光洪、次珍
一、卡文迪许简介
卡文迪许(Henry Cavendish,1731～1810年)英国化学家、物理学家。
1731年10月10日生于法国尼斯。
1742—1748年他在伦敦附近的海克纳学校读书。
1749—1753年期间在剑桥彼得豪斯学院求学。
在伦敦定居后，卡文迪许在他父亲的实验室中当助手，做了大量的电学、化学研究工作。
他的实验研究持续达50年之久。
1760年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员，1803年又被选为法国研究院的18名外籍会员之一。
1810年3月10日，卡文迪许在伦敦逝世，终身未婚。
与伽利略和开普勒等科学家不同，卡文迪许非常富有，从不为自己的生存而担心。
略玩笑的说：“他是一切有学问的人当中最富有的，一切富有的人当中最有学问的”。
与众多的科学家一样，卡文迪许具有很多怪癖的性格。
据说卡文迪许很有素养，但是没有当时英国的那种绅士派头。
他不修边幅，几乎没有一件衣服是不掉扣子的；他不好交际，不善言谈，终生未婚，过着奇特的隐居生活。
卡文迪许为了搞科学研究，把客厅改作实验室，在卧室的床边放着许多观察仪器，以便随时观察天象。
他从祖上接受了大笔遗产，成为百万富翁。
不过他一点也不吝啬。
有一次，他的一个仆人因病生活发生困难，向他借钱，他毫不犹豫地开了一张一万英镑的支票，还问够不够用。
卡文迪许酷爱图书，他把自己收藏的大量图书，分门别类地编上号，管理得井井有序，无论是借阅，甚至是自己阅读，也都毫无例外地履行登记手续。
卡文迪许可算是一位活到老、干到老的学者，直到79岁高龄、逝世前夜还在做实验。
卡文迪许一生获得过不少外号，有“科学怪人”，“科学巨擘”，“最富有的学者，最博学的富豪”等。
另外，卡文迪许最厌恶和害怕两件事物，一是奉承，他听到奉承的话常常十分窘迫、不知所措：一是女人，他最怕和女人接触，所以终生未婚，而且他每天和女管家之间都用纸条来联系。
卡文迪许的一生，一心扑在科学研究上面。
他一生经常涉足的地方只有两处，一是英国皇家学会的聚会，二是在参加班克斯爵士每星期日晚上宴请各科学家的聚会。
卡文迪许虽然爱好孤独的生活，但对于别人所作的研究工作却是很感兴趣，例如，他曾将一些钱送给青年科学家戴维作实验之用，有时还亲自跑到皇家学会去参加戴维的分解碱类的实验。
电学研究与称量地球卡文迪许于1773年底前就完成了一系列的静电实验，可是他没有发表那些重要的成果。
当时发表的两篇论文，只包括了一些次要的部分。
100年之后，剑桥大学物理学教授的麦克斯韦发现和整理了卡文迪许在1771年至1781年间的实验论文，才以《尊敬的卡文迪许的电学研究》为题于1879年出版。
麦克斯韦指出“这些论文证明卡文迪许几乎预料到电学上所有的伟大事实，这些伟大事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于科学界”；卡文迪许还深入地研究了电容器的电容量。
他用“电时”表示相同电容器的球体的电容。
卡文迪许曾把49个莱顿瓶组成电容器组，发现它含有321，000“电时”的电容（约1/2微法）；他曾测了几种物质的电容率，例如，他得出石蜡的电容率为1.81到2.47，而现在对石蜡的电容率为2.1；卡文迪许用实验揭示了静电荷分布在导体表面的性质，还用实验精确地验证了点电荷之间的静电力跟距离的平方成反比的规律，并确认至少不会与这个比率相差1/50以上；1781年，他进行了相当于预测欧姆定律的探讨。
二、实验背景
我们生活在地球上，可是，你知道地球有多重吗？你知道如何去称量地球吗？对一般人来说，这可真是个难以回答的问题。
我们知道，要称量一个物体，我们用的是天平或者杆秤。
可是，地球那么重，到哪里才能找到这么大的一杆秤呢?就算找到了，我们又怎么能够把地球放到秤上去呢？第一个回答称量地球这个问题的人，是英国科学家卡文迪许。
牛顿虽然发现了万有引力定律，却没能给出准确的引力常量。
这是因为一般物体间的引力非常小，由于当时实验条件和技术的限制，很难用实验的方法将它显示出来，直到1798年，即在牛顿发现万有引力定律
一百多年以后，英国物理学家卡文迪许(1731—1810)才巧妙地利用扭秤装置，第一次在实验室里比较准确地测出了引力常量。
三、实验装置及原理
这是一个卡文迪许扭秤的模型。
简单来讲：这个扭秤的主要部分是这样一个T字形轻而结实的框架，把这个T形架倒挂在一根石英丝下。
若在T形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力，石英丝就会扭转一个角度。
力越大，扭转的角度也越大。
反过来，如果测出T形架转过的角度，也就可以测出T形架两端所受力的大小。
现在在T形架的两端各固定一个小球，再在每个小球的附近各放一个大球，大小两个球间的距离是可以较容易测定的。
根据万有引力定律，大球会对小球产生引力，T形架会随之扭转，只要测出其扭转的角度，就可以测出引力的大小。
由于引力很小，这个扭转的角度会很小。
为了把这个角度测出来，卡文迪许在T形架上装了一面小镜子，用一束光射向镜子，经镜子反射后的光射向远处的刻度尺，当镜子与T形架一起发生一个很小的转动时，刻度尺上的光斑会发生较大的移动。
这样，就起到一个化小为大的效果，通过测定光斑的移动，测定了T形架在放置大球前后扭转的角度，从而测定了此时大球对小球的引力。
卡文迪许用此扭秤验证了牛顿万有引力定律，并测定出引力常量G的数值。
这个数值与近代用更加科学的方法测定的数值是非常接近的。
具体来说：卡文迪许扭秤装置的部分是一个轻而坚固的T型架，倒挂在一根石英丝的下端，T型架水平部分的两端各装一个质量为m的小球，T型架的竖直部分装一面水平面镜M，能把光源D射来的光线反射至圆弧形刻度尺P上，(M位于圆心)从而比较准确地测出金属丝扭转的角度(s为反射光线在弧形刻度尺上移动的距离，R为小镜至弧形尺间的距离) 用两个质量均为m’的大铅球接近两个小球m(它们与所接近小球的距离均为r)，由于对称性，可以认为每个小球只受到所接近大铅球的万有引力F，从而使T型架受到一个扭转力矩：
M l=F×L
而转动，使金属丝发生扭转，产生反方向的扭转力矩（k为金属丝的扭转系数，事先可以测
M l=M2
时，T形架处于静止平衡状态，则：
FL=kθ
依据万有引力定律知：
所以测出s、r、m、m’、L、R、k即可求得G．
求得引力常数G
其中，一般计算时，取
四、扭秤实验的原理两次放大及等效的思想。
1、图中固定两个小球m的T型架，可以使m、m’之间微小的万有引力产生较大的力矩，使石英丝产生一定角度的扭转，这是一次“放大”效应．
2、装置中发出的光线射到平面镜M时上，当平面镜偏转θ角时，反射光线偏转2θ角，光点在刻度尺上移动的弧长s=2θR，因此增大小平面镜到刻度尺的距离R，光点在刻度尺上移动的弧长s就会相应增大，这样就可以使石英丝的扭转形变加以“放大”，这是二次“放大”效应．
3、要体会多次巧妙“放大”从而显示并测量微小量的精巧的设计思想和独特方法．物理上观察实验效果的方法，还包括“转化”法、“对比法”等．
五、卡文迪许实验的意义
1、证明了万有引力的存在的普遍性正确性。
卡文迪许通过改变质量和距离，证实了万有引力的存在及万有引力定律的正确性．
2、测出了引力常量使得万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的天体的质量、密度等。
引力常量的测出，使万有引力定律能够应用于定量计算，可以用测定地球表面物体重力加速度的方法，测定地球质量，也正因为如此，卡文迪许被人们称为第一个“能称出地球质量的人”．
3、卡文迪许扭秤实验巧妙地利用等效法合理地将微小量进行放大，实验的构思、设计与操作巧妙和精致，英国物理学家坡印廷曾对这个实验下过这样的评语：“开创了弱力测量的新时代。
”
卡文迪许等科学家的一个重要特征是，每个人既有专门的研究方向，同时又有广泛的交叉。
尽管并非各方面都成绩卓著，但却留下了许多精辟的见解和珍贵的数据，大大促进了同代人和后代人在这些方向上取得重大的突破。