经典物理学实验——库仑扭秤实验
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。
扭秤实验原理
扭秤实验原理
扭秤实验是一种基本的物理学实验，是探究物体的质心（重心）和两个物体的质量大小的综合实验。
它也引出了物体质心受外力作用时物体扭转的原理，提出了摩擦力对扭转运动的影响，以及复杂物体对质心运动的影响等。
在物理实验中，扭秤实验用于表示一个物体质量的单位，即1秤实验(Nm)，等于一个物体的质量（kg）乘以物体的半径（m），Nm是能量的单位。
它可以测量物体的质量，但也可以用来测量间隔时间，例如在物理实验中测量物体的旋转周期。
扭秤实验的基本原理是基于物理学定律，即施加在物体上的外力大小等于质心受力时物体质量和位移之和。
简单来说，就是物体质心承受外力时，它会运动，从而使物体扭转。
扭秤实验可以用物理模型来模拟。
假设有一个物体M，它的质心位置在O，离质心的距离为ρ，它受到一个外力F的作用。
根据物体的实验原理，外力F会使物体在质心O处运动，从而产生扭转，即扭秤实验。
在实验中，可以测量物体在质心处受外力F的作用时，物体的扭转情况，同时可以测量外力大小和物体质量的关系，也可以测量摩擦力和物体扭转之间的关系。
此外，还可以从扭秤实验中得出关于复杂物体对质心运动的变化规律。
复杂物体的质心受到外力的作用时，它的运动轨迹可以用一系列的角度来表示，即质心的角动量由一系列的增加或减小而且扭转情
况受外力和摩擦力的改变而受影响。
综上所述，扭秤实验是一种综合实验，可以测量物体的质心和质量，同时也可以测量摩擦力和复杂物体对质心运动的影响。
它是探究物理学定律的基本实验，也是物理学课堂教学和物理实验室重要内容。
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
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？
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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？
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。
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。
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.。
库仑扭秤实验的原理及应用
库仑扭秤实验的原理及应用1. 什么是库仑扭秤实验？库仑扭秤实验是一种测定电荷之间相互作用力的实验方法。
它是基于库仑定律的原理，即两个点电荷之间的相互作用力与它们之间的距离的平方成反比。
库仑扭秤实验主要通过测量扭秤的扭转角度来间接测定电荷之间的相互作用力。
在实验中，通过使两个载有电荷的物体（通常为金属球）以一定的距离相隔，并用一个细绳将它们悬挂在同一点上。
当两个物体上的电荷之间存在作用力时，会引起细绳的扭转，通过测量扭秤的扭转角度，可以间接测量出相互作用力的大小。
2. 库仑扭秤实验的原理库仑扭秤实验基于库仑定律的原理。
根据库仑定律，两个点电荷之间的相互作用力与它们之间的距离的平方成反比。
库仑定律的公式表达为：$$F = k \\cdot \\frac{Q_1 \\cdot Q_2}{r^2}$$其中，F表示电荷之间的相互作用力，k是一个与介质性质有关的常量，Q_1和Q_2分别表示两个电荷的电荷量，r表示它们之间的距离。
在库仑扭秤实验中，通过测量扭秤的扭转角度，可以间接测量出相互作用力的大小，从而计算出电荷之间的电荷量。
3. 应用库仑扭秤实验在物理学、化学学科中有着广泛的应用。
3.1 电荷量的测量库仑扭秤实验可以用来测量物体上的电荷量。
通过测量扭秤的扭转角度，并根据扭秤的几何参数，可以计算出物体上的电荷量。
3.2 研究静电力的特性通过库仑扭秤实验，可以研究静电力的特性。
通过改变电荷之间的距离和电荷的大小，可以定量地研究静电力的大小和随距离变化的规律。
3.3 研究电介质的性质库仑扭秤实验还可以用来研究电介质的性质。
通过在库仑扭秤中加入电介质，可以研究电介质对于电荷之间相互作用力的影响，以及电介质的介电常数等性质。
3.4 校准实验库仑扭秤实验还可以用作校准实验。
通过将已知电荷量的物体放置在库仑扭秤上进行测量，可以校准扭秤的灵敏度和准确性。
4. 库仑扭秤实验的优势库仑扭秤实验具有以下优势：•精度高：库仑扭秤实验可以通过测量扭秤的扭转角度来间接测量电荷之间相互作用力的大小，从而实现对电荷量的高精度测量。
卡文迪什和米切尔的工作 库仑的电扭秤实验
早期 库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。 库仑家里很有钱，在青少年时期，他就受 到了良好的教育。他后来到巴黎军事工程 学院学习，离开学校后，他进入西印度马 提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以 后，他又在埃克斯岛瑟堡等地服役。这时 库仑就已开始从事科学研究工作，他把主 要精力放在研究工程力学和静力学问题上。
直到19世纪中叶，开尔文（即W.汤姆生）发现卡文迪什 的手稿中有圆盘和同半径的圆球所带电荷的正确比值，才 注意到这些手稿的价值，经他催促，才于1879年由麦克斯 韦整理发表。卡文迪什的许多重要发现竟埋藏了一百年之 久。对此，麦克斯韦写道①：“这些关于数学和电学实验 的手稿近20捆，”其中“物体上电荷（分布）的实验，卡 文迪什早就写好了详细的叙述，并且费了很大气力书写得 十分工整（就象要拿出去发表的样子），而且所有这些工 作在1774年以前就已完成，但卡文迪什（并不急于发表） 仍是兢兢业业地继续做电学实验，直到1810年去世时，手 稿仍在他自己身边。”卡文迪什出生于贵族家庭，家产厚 禄，他都没有兴趣，一心倾注在科学研究之中。早年攻化 学和热学，发现氢氧化合成水。
他又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算出静 电力或磁力的大小。这导致他发明了扭秤， 扭秤能以极高的精度测出非常小的力。由 于成功地设计了新的指南针结构以及在研 究普通机械理论方面作出的贡献，1782年， 他当选为法国科学院院士。为了保持较好 的科学实验条件，他仍在军队中服务，但 他的名字在科学界已为人所共知。
牛顿的思想在卡文迪什和另一位英国科学家米切尔的活动 中得到了体现。米切尔是天文学家，也对牛顿的力学感兴 趣。在 1751年发表的短文《论人工磁铁》中，他写道①： “每一磁极吸引或排斥，在每个方向，在相等距离其吸力 或斥力都精确相等……按磁极的距离的平方的增加而减 少，”他还说：“这一结论是从我自己做的和我看到别人 做的一些实验推出来的。……但我不敢确定就是这样，我 还没有做足够的实验，还不足以精确地做出定论。”既然 实验的根据不足，为什么还肯定磁力是按距离的平方成反 比地减少呢？甚至这个距离还明确地规定是磁极的距离， 可是磁极的位置又是如何确定的呢？显然，是因为米切尔 先已有了平方反比的模式。
库伦扭秤实验 ppt课件
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。
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• 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=?
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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。
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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。
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库仑定量实验遇到的三大困难
• 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：
• 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
扭秤
厄缶
厄缶是继米歇尔、卡文迪许和库仑以后研究使用 扭秤的人。他改进了扭秤的设计，使悬杆两端的 两个重物不仅有水平距离，而且还有垂直距离。 厄缶提高了扭秤的灵敏度，发展了扭秤在地球物 理勘探方面的应用，证明了引力质量和惯性质量 是相等的。他设计的实验证明，引力质量和惯性 质量可能有的偏离不大于5×10 -8 的数量级。这 一结果为爱因斯坦的广义相对论提供了依据。后 人所做的实验进一步肯定了厄缶的结果，认为两 种不同概念的质量之间的差别只有 5×10 -8 的数 量级。这表明引力质量和惯性质量实际上指的是 同一个某天卡文迪许正在边散步边思考着什么，突然他听到路边两 个农人的对话。原来他们正在打赌自己脚下的地球有多重。 他们想了千奇百怪的方法来称量地球的重量，当然他们的方 法都是荒诞又可笑的。但是这个地球有多重的问题却深深地 印在卡文迪许的脑海里。 回到家里，他还一直在思考这个问题。然而，他却发现自己 无从下手，于是他郁闷地去翻他看了无数遍的牛顿的书。突 然，他脑海里灵光一现：牛顿的万有引力才是惟一的办法。 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。
为使观察现象明显，扩大了装置的体积，由于实 验时转动比较灵敏，要静止下来时间比较长。
旋转角可以超过360度，但在实验中尽量不要使旋 转角过大，以避免产生太大的误差，如果转角太 大，会使银线的直径发生变化，从而改变了它的 胡克系数，产生较大误差。
扭秤实验的原理及应用
扭秤实验的原理及应用1. 扭秤实验的原理扭秤实验是一种通过扭转弹簧或杆件来测量力的方法。
其基本原理是利用背弛弹簧的原理，通过扭转弹簧或杆件，使其产生一个恢复力，从而对施加在其上的力进行测量。
1.1 弹簧的背弛特性弹簧是一种可以储存和释放能量的弹性元件。
当外力作用在弹簧上时，弹簧会变形，但是当外力消失时，弹簧会恢复原状。
这种恢复力正是扭秤实验的基础。
1.2 扭秤装置的结构扭秤装置通常由一个弹簧或杆件和一个固定点组成。
弹簧或杆件通过扭转来产生一个恢复力，这个恢复力与施加在其上的扭转力成正比。
2. 扭秤实验的应用扭秤实验主要用于测量力的大小和方向，广泛应用于物理实验、工程测试和科学研究等领域。
2.1 物理实验在物理实验中，扭秤实验常用于测量力矩和扭转角度之间的关系。
通过测量扭转力和扭转角度，可以计算出物体的力矩，从而推导出物体的力学性质。
2.2 工程测试在工程测试中，扭秤实验可用于测量机械系统的扭转刚度和扭转阻尼。
通过施加不同力矩，并测量相应的扭转角度，可以评估机械系统的稳定性和耐久性。
2.3 科学研究在科学研究中，扭秤实验常用于测量微小力的大小和方向。
通过调整扭秤装置的灵敏度和精度，可以研究微观领域的物理现象和力学性质。
3. 扭秤实验的步骤进行扭秤实验时，按照以下步骤进行操作：1.准备扭秤装置，包括弹簧或杆件、固定点和测量仪器等。
2.施加一个给定的扭转力，记录下施加的扭转力大小。
3.测量相应的扭转角度，并记录下扭转角度的数值。
4.根据扭转力和扭转角度的测量结果，计算出相应的力矩。
5.利用已知的力矩和扭转角度的关系，推导出物体的力学性质或评估机械系统的性能。
6.分析实验结果，得出结论，并根据需要进行进一步的实验和研究。
4. 扭秤实验的注意事项在进行扭秤实验时，需要注意以下事项：•确保扭秤装置的稳定性，避免外部因素对实验结果的影响。
•选择合适的弹簧或杆件，使得扭转力和扭转角度之间有合适的线性关系。
•使用精确的测量仪器，确保实验结果的准确性和可重复性。
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。
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
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
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。
库伦扭秤实验
• • • • • • • 库仑定律 库伦定律在物理学史中的地位 前人对电力的研究 库仑 库伦定量实验的三大困难 著名的扭秤实验 静电力常量的确定
库仑定律——描述静止点电荷之 间的相互作用力的规律。
• 真空中两个静止的点电荷的相互作用跟它们所带 电量的乘积成正比，跟它们之间的距离的二次方 成反比，作用力的方向在它们的连线上。
• 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。
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
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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。
设计出水下作业法，类似现代的沉箱。
1785～1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。
库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。
他在给法国科学院的《电力定律》的论文中详细地介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。
库仑终于找出了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及它们之间的距离的定量关系，这就是静电学中的库仑定律，即两电荷间的力与两电荷的乘积成正比，与两者的距离平方成反比。
库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律，它使电学的研究从定性进入定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑。
二、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。
玻璃圆筒上刻有360个刻度，使悬丝自由松开时，横杆上小木髓球
指为零。
有电力作用在这个球上，球可以移动，使棒绕着悬挂点转动，直到悬线的扭力与电的作用力达到平衡时为止。
因为悬线很细，很小的力作用在球上就能使棒
显著地偏离其原来位置，转动的角度与力的大小成正比。
库仑让这个可移动球和固定的球带上不同量的电荷，并改变它们之间的距离：
第一次，两球相距36个刻度，测得银线的旋转角度为36度。
第二次，两球相距18个刻度，测得银线的旋转角度为144度。
第三次，两球相距8.5个刻度，测得银线的旋转角度为575.5度。
上述实验表明，两个电荷之间的距离为4：2：1时，扭转角为1：4：16。
由于扭转角的大小与扭力成反比，所以得到：两电荷间的斥力的大小与距离的平方成反比。
库仑认为第三次的偏差是由漏电所致。
经过了这么巧妙的安排，仔细实验，反复的测量，并对实验结果进行分析，找出误差产生的原因，进行修正，库仑终于测定了带等量同种电荷的小球之间的斥力。
但是对于异种电荷之间的引力，用扭称来测量就遇到了麻烦。
因为金属丝的扭转的回复力矩仅与角度的一次方成比例，这就不能保证扭称的稳定。
经过反复的思考，库仑发明了电摆。
电摆受到了牛顿单摆的启发。
在单摆运动中，来自于地球对摆球的万有引力近似提供了摆球的重力，即：
2GMm mg r
=
则： 2GM g r = 单摆的周期为：
22T r == 库仑认为：若电荷间的引力也遵循距离平方放入反比关系，则有带电体见引力产生物体的摆动 ，其摆动周期必定也正比于
两带电体之间的距离。
基于此，库仑设计了电摆
实验。
电摆实验的装置如图所示：G 为绝缘金属球，
l g 为虫胶做的小针，悬挂在7～8尺长的蚕丝sc
下端，l 端放一镀金小圆纸片。
G 、l 间的距离可
调．实验时使G 、l 带异号电荷，则小针受到电
引力作用可以在水平面内做小幅摆动，测量出G、l在不同距离时，l g摆动同样次数的时间，从而计算出每次振动的周期。
当纸片与球心的距离之比为3:6:8时，实验的电摆周期之比为20:41:60，而理论计算应为20:40:53.实验结果与理论计算之间存在差异。
但库仑坚信引力的平方反比关系是成立的，经过认真分析，他认为实验误差产生的原因来自于漏电，经过对漏电的修正，实验值与理论值基本符合，于是得出电的引力和斥力都遵守平方反比规律。
库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律，它使电学的研究从定性进入到定量阶段，是电学史上的一块重要的里程碑。
库仑定律是电磁理论的基础，如果不成立，理论上就会导致光子的静止质量不为零，从而出现真空色散、光速可变、电荷不守恒等问题，就会动摇电磁学乃至物理学大厦的基础，因此，库仑定律的验证至今未停止，而且越做越精确。