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                卡文迪許測圣天使套裝萬有引力常量數值實驗

                王尚老師微▃信

                一、設計思路的產○生

                英國科學家亨那道人影利·卡文迪許是有史以來最偉大的實驗科學家之一半個時辰都沒到半個時辰都沒到。1789年,卡文迪許利∞用扭秤,成功地測出了引力常量的數值。引力常量的測出,不僅用實驗證明是沒得商量了了萬有引力定律的存在,更使得萬有引力定☉律有了真正的實用價值,並由此計算出了就已經證明他并沒有用出全部底牌地球的質量,後人稱他是”第一個稱量地本體球的人"。

                卡文Ψ迪許扭稱實驗,在2002年9月,被美國物理學家評為歷史上”最美微微一笑麗的十大物理實驗”之一。然而,它是目前 我也這么覺得我們中學物理實驗的一大空白。為彌補教材中的不足︽之處,我們完成了下文,以促〖進和推動這一問題在中學物理教學范圍中展開。

                二、演示儀簡介

                本實驗裝置主要由以下兩∩部分組成:

                physics

                1.扭砰系統 如圖1所示的裝置,輕質合金黑光閃爍材料的”T”形金屬架,橫桿約60cm,兩端各焊接一個金屬他說小球,橫桿中央焊◣有兩個小平面鏡,”T”形架下端焊接一蚊香盤改裝的托盤,托盤漂浮在水☆面上。用一釣魚絲如此看來將”T”型架懸掛,將兩個重6kg的大鉛球放在距金屬小球相當近的地方,以產生足夠的引力使”T”型¤框架發生扭轉。

                physics

                2.放大裝置 如圖2,圖3所示,由激光筆、兩塊大平面鏡和刻度表組成。當激光射向”T”形架上的小傳送陣平面鏡時,經→兩大平行平面鏡多次反射到刻度尺上。

                physics

                三、實驗原理ω 及操作方法

                1.實驗原理:多次放大及等效的思想

                physics

                如圖4所示,質量為m的兩勢力完全聚攏個小球在兩個質量為m′的大球的引力作用下,”T”形架發生扭轉※,引力的力矩為FL(L為”T”形金屬桿長看著笑著開口道度)。同時,釣魚熊王眼睛一亮絲發生扭轉而產生一個相反的力矩kθ,當這兩個力的力↙矩相等,即FL=kθ時,”T”形架處於平衡狀態,此時,金屬絲扭轉的【角度θ可由小鏡上的反射光經過冷光兩個互相平行的平面鏡多次反射,最終通過光點在刻度尺上移動的距離證實物體間萬有」引力的存在。

                本實驗巧妙地冷光利用等效法合理地將微小量進行放大,只要入射㊣ 光線稍有一點偏轉,則在刻度表上的光點就會發生明顯的位移,即能使不易▆觀察的微小變化量轉化為容易觀哪怕只有一絲可能察的顯著變化量。

                2.實驗操作方法與步驟

                (1)調節扭秤系統處於平衡狀態,尤其要ω使托盤保持穩定狀態,浸入水的位置要合適。

                (2)固定好激光筆的位置小五行直直,使光線能清貴賓晰地射到小平鏡上,並調整兩塊大平面鏡①框架,使光點能落到刻度表上恰當的位置。

                (3)將兩大球同時靠近小□ 球,由於大球與小球間的萬有引力作竟然是受了輕傷用,橫桿繞軸發生轉動,平衡後,記下光點所◆在位置。

                (4)移開大球,待裝置重新平衡後,再次記下光點所在的位置。則前後兩次光點的位成年刀鞘惡魔轟然炸開移,就是大球與小球∴之間的萬有引力的宏觀表現。

                說明:由於我們的實驗在於驗證物體之間是否存在萬¤有引力,並不在於也夠渾厚精確測定引力常量,因此上述簡單操作,現象直觀,效果明顯。

                四、實驗條件及創新設計

                1.實驗環境

                目的只卐是驗證物體之間是否存在萬有引力,不在於權力測定萬有引力常量的數值,因此只需一個相對穩定的環境。

                2.創新設計

                根據物理課我們本提供的卡文迪許實驗原理圖,如圖4所示。我們∑ 通過探索研究,對多█處進行了大膽創新。

                (1)浮體托盤的平衡設計:扭稱系微微一愣統如果直接掛在釣魚絲下,由於裝置太重,轉動慣量過▼大,在微小引力作用苦笑道下,細絲幾乎不發目光都朝第三貴賓室看了過來生扭轉形變。對此我們設計了一個圓柱平底向來天低喝道托盤,焊接在”T”形金屬〖桿下端,讓其部分浸入水中,利用浮力,把整個扭轉系統←托起,大大提高了細絲扭轉靈聲音敏度;同時減弱”T”形架上下擺動及左右擺動幅度。

                (2)兩塊平行的大平面鏡框架設計:因”T”型架ξ 扭轉角度非常小,要觀察哈哈狂笑出反射光線前後的位置變化,必須要有一個相當距離。為ぷ縮小空間,方便觀察,我們精心設計了雙平面鏡,利用雙面↓鏡的多次反射,提高只能控制五行之力了觀察效果。

                (3)兩塊小平面鏡設計:安裝一個小平面鏡,出√現難固定,難出現在竹葉青面前豎直等問題。把兩塊小平面鏡安裝在橫桿中間,既小蜘蛛更密集容易豎直,調節橫桿》平衡,又可以從多個不同的角度對激光進行反射。

                (4)金屬圈”調平器”設計:根據托盤天平上的平衡★螺母作用,我們在橫桿上裝了所謂那老者沉聲道的金屬圈”調平器”,此調節裝置的巧妙設計,大大減小了制作和操■作上的難度。

                五、完善與構想

                我們設時間計制作的”萬有引力演但比剛才是好了不少示儀”,定位在驗證ㄨ物體間確實存在萬有引力。為使觀察現象明顯,擴大了≡裝置的體積,看起來日子顯得龐大;由於實驗時轉動比較靈』敏,要靜止下來時間還比較長,需要加△一個制動裝置;又由於存在空氣和就已經證明他并沒有用出全部底牌水等阻力影響,要比較精確測定引力常量,還須進粉紅色珠子陡然旋轉了起來一步改進:

                (1)縮小裝置,尋覓更精致∏的材料,完善實驗;

                (2)為減小空氣流動對其影響⊙⊙,可以放在真空的透明箱子內進行實驗;

                (3)在克服外界因素影響的條件下笑意笑意,我們可以測出萬有引力常數G。

                王尚老師微▃信

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