• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.实验原理
  • 4.实验由来
  • 5.生平履历

卡文迪许扭秤

卡文迪许扭秤,由米歇尔神父制作,用于测量万有引力常数G。1797年夏,卡文迪许改进该扭秤,用两个质量一样的铅球分别放在扭秤的两端,中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上,钢丝上有个小镜子。

基本信息

  • 中文名

    卡文迪许扭秤

  • 性质

    扭秤

  • 制作人

    米歇尔神父

  • 用途

    测量万有引力常数G

实验原理

原理利用了二次放大法(微小形变放大法)

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. 尽量地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过较大角度。

从而求得引力常数G

一般计算时,取

演示卡文迪许扭秤实验

1797年夏,英国物理学家卡文迪许(H.Cavendish)着手改进米歇尔的扭秤并开始实验。1798年,卡文迪许利用扭秤,成功地测出了引力常量的数值,证明了万有引力定律的正确。

卡文迪许解决问题的思路是,将不易观察的微小变化量,转化为容易观察的显著变化量,再根据显著变化量与微小量的关系算出微小的变化量 。

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。他用此计算出了万有引力公式中的常数G。

此实验的巧妙之处在于利用光的反射将微弱的力的作用进行了放大。

在卡文迪许的实验中利用了一个扭秤,典型的设计可由一根石英纤维悬挂一根载有质量为m及m'的两个小球的杆而组成。每个小球距石英纤维的距离r相等。当一个小的可测量的扭矩加在这个系统上时,在石英丝上可以引起扭转,记下这个扭转值可以标定扭秤。我们可以利用这个扭矩,

它是由具有恒定的、作用力已知的弹簧在m的位置上施加一个水平的力而组成。

如果质量为m'的两个物体分别位于与质量为m的两个小球的水平距离很小的位置上,我们可以观测到石英丝的旋转,如右图所示。我们可以决定m'与m距离r,然后求施加在杆的端点的水平方向上的力,由此确立加在石英丝的力矩,从而求得万有引力的大小. 从质量m的测量所得的偏离,再根据上面所说到的,由石英丝旋转大小而取得的扭秤的标定,我们可以决定F之值。由于我们可以测量F,r以及m, m',在方程

中,除了G以外,所有量都是已知的,于是可从方程直接求出G。