卡文迪许实验及其意义

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1、卡文迪许实验及其意义2012-10-1115:25发布人:肖城辉来源:未知浏览:20次           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，

2、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． 一、实验装置及原理       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

3、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Ml=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，事先可以测出）当Ml=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．二、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

4、=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．三、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

5、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。”四、第一个现代物理实验室----卡文迪许实验室      卡文迪许实验室是英国剑桥大学的物理实验室，不少人以为这个实验室的建立者就是那位引力常数的测定者亨利·卡文迪许，其实，当卡文迪许实验室建成时，亨利·卡文迪许离开人间已有半个多世纪了。人们为纪念这位大科学家，特意为他树立了纪念碑。卡文迪许一生勤俭，逝世后留下了大笔

6、遗产，其中一部分由它的家族在1871年捐赠给剑桥大学创办卡文迪许实验室，这个实验室曾经对物理科学的进步作出了巨大的贡献，先后培养出26名诺贝尔奖获得者。