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
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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。