实验W万有引力定律测量-to学生(1)资料.docVIP

预习 操作记录 实验报告 总评成绩 《大学物理实验》课程实验报告 学院： 专业： 年级： 实验人姓名(学号)： 参加人姓名： 日期： 年 月 日 室温： 相对湿度： 实验 AP-8215 2 X-Y 方向可调的半导体激光器 OS-8526A 3 45 cm 长不锈钢杆 ME-8736 4 大型桌用夹 ME-9472 5 米尺 SE-7333 [ 实验目的 ] 1.了解万有引力的原理. 2.掌握万有引力常数测定的使用方法。 养成严谨科学态度。 [ 原理概述 ] 1.实验介绍： 引力扭秤拓展了物理学历史上一个非常伟大的实验—万有引力常量的测量，由亨利·卡文迪许在1798年完成。 引力扭秤包括悬挂在高敏感度的扭力钢丝下的2个38.3克质量的物块，以及2个质量为1.5千克按要求放置的物块。引力扭秤是定向的，两小球与地球之间的引力可忽略（摆几乎完美垂直并且水平对齐）。大物块置于小物块附近，大小两物块之间的万有引力通过观察扭力钢丝的扭曲程度测得。 光学杠杆由一个激光源以及一面贴近扭秤的镜子组成，用来精确测量扭力钢丝的微小扭曲。 2.实验理论： 地球对于所有物体的万有引力是显而易见的。但是物体与物体之间的万有引力一点都不明显。尽管缺乏物体之间存在万有引力的直接证据，艾萨克·牛顿依然推演出了万有引力定律。 牛顿的万有引力定律： 式中：和分别为物体的质量，表示物体间的距离，万有引力常量 。 尽管如此，在牛顿的时代，每一个关于万有引力的实验实例中都将地球作为其中一个物体。因此在不知道地球质量的前提下,根本无法测量引力常量（反之亦然）。 亨利·卡文迪许在1798年时找到了答案，当时他在实验室中做扭秤实验，用扭秤测量两个差不多大小的物体之间的万有引力。他定义的值使得地球的质量和密度得以测量。100多年前在更精确的仪器还没有被制造出来的情况下，卡文迪许的实验是很好的。 两质心距离大约46.5毫米（一个近似于重力扭秤的情况），质量为15克与1.5千克物块之间的万有引力大约是牛顿。如果这个不像是一个测得的微小量，那么仔细考虑一下这个小物块的重力超过这个数量的两亿倍。 地球对于小物块的巨大吸引力相比对大物块吸引力，是最初导致测量引力常数成为一个艰巨任务的原因。扭秤（由卡文迪许发明）提供了一个在实验中忽略地球引力这一压倒性影响的方法。它还提供了一个足够精巧的力，能够平衡大小两物块之间微小的万有引力。这一个力由扭曲一个非常薄的铍铜片而提供。 图 1: 顶视图 Light beam：光束 Large mass Position (：大物块位置( Large mass Position (：大物块位置( Mirror：镜片 small mass：小物体 如图1所示先放置大物块于位置I，同时使扭秤平衡。旋转支座保持大物块可以旋转，以便大物块旋转至位置II，致使系统不平衡。这将导致系统的产生旋转振荡，当光束照射镜子产生偏转时，观察光点在比例尺上的移动。 实验设置 预备设置： 1.在平台上放置好载物台，将桌子固定以便引力扭称置于距离墙面或屏幕5米处。为得到最佳结果，使用非常坚固的桌子如光学实验用的桌子。 2.小心的将重力扭秤放置于载物台上。 3.通过移走螺钉来移动前夹板。 4.用螺钉固定透明塑料板 Pendulum chamber：摆室 Pendulum bob：摆锤 Aluminum plate：铝板 图 2: 从实验箱中移走一块板 水平放置引力扭秤 1．松开箱子上的固定螺钉，释放固定装置上的摆，将固定装置下降到最低位置（如图3）。 图3: 降低锁紧装置，松开钟摆臂 Turn locking screws clockwise：Locking machanisms： pendulum bob arm：4）。（摆的基座将显示为被一个光圈环绕的暗圆斑）。 3. 确定扭秤方使得摆锤上的镜子距离屏幕或者墙壁至少米远。 图 4: 使用水平视线 图 5: 校准摆的高度 图 4： Side cutaway view：俯视剖视图 torsion ribbon：扭力钢丝 torsion ribbon head：扭力钢丝头 pendulum：摆 morror：镜子 Look through the sight to view the reflection of the pendulum bob in the mirror：通过视觉观察摆锤在镜子里反射 Pend