库伦扭秤实验(参考研究)

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。

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。

2.库仑定律一电荷之间的作用力1．点电荷：当带电体之间的距离比它们自身的大小01大得多，以致带电体的02形状、03大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作04带电的点，叫作点电荷。

2．库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成05正比，与它们的距离的二次方成06反比，作用力的方向在它们的连线上。

3．静电力：静止电荷之间的相互作用力。

也叫作07库仑力。

二库仑的实验1．库仑做实验用的装置叫作01库仑扭秤。

2．实验原理及过程(1)库仑扭秤实验是通过悬丝02扭转的角度比较静电力F大小的。

实验结果发现静电力F与距离r的03二次方成反比，即F∝041 r2。

(2)库仑在实验中为研究F与q的关系，采用的是用两个05完全相同的金属小球06互相接触后，电荷量07相等的方法，发现F与q1和q2的08乘积成正比，即F∝q1q2。

3．实验结论：静电力F＝09k q1q2r2，式中的k叫作静电力常量。

4．当两个点电荷所带电荷量为同种时，它们之间的作用力为10斥力；反之，为异种时，它们之间的作用力为11引力。

5．在国际单位制中，静电力常量k＝129.0×109 N·m2/C2。

三静电力计算1．微观粒子间的万有引力01远小于库仑力。

在研究微观带电粒子的相互作用时，可以把万有引力忽略。

2．两个或两个以上点电荷对某一个点电荷的作用力，等于各点电荷单独对这个点电荷的作用力的02矢量和。

课堂任务库仑定律库仑的实验例1 如图所示，两个质量均为m 的完全相同的金属球壳a 与b ，壳层的厚度和质量分布均匀，将它们分别固定于绝缘支座上，两球心间的距离为l ，为球半径的3倍。

若使它们带上等量异种电荷，两球电荷量的绝对值均为Q ，那么，a 、b 两球之间的万有引力F 引、库仑力F 库分别为( )A ．F 引＝G m 2l 2，F 库＝k Q 2l 2 B ．F 引≠G m 2l 2，F 库≠k Q 2l 2C ．F 引≠G m 2l 2，F 库＝k Q 2l 2D ．F 引＝G m 2l 2，F 库≠k Q 2l2[变式训练1] (多选)两个半径相同的金属小球(视为点电荷)，电荷量之比为1∶7，相距为r ，两者相互接触后再放回原来的位置上，则相互作用力可能为原来的( )A.47 B ．37C ．97D ．167课堂任务静电力的叠加例2 如图所示，电荷量分别为＋q 和＋4q 的两点电荷A 、B 相距L ，问：(1)若A 、B 固定，在何处放置点电荷C ，才能使C 处于平衡状态？ (2)在(1)中的情形下，C 的电荷量和电性对C 的平衡有影响吗？(3)若A 、B 不固定，在何处放一个什么性质的点电荷，才可以使三个点电荷都处于平衡状态？[变式训练2] (2020·四川省南充高级中学高二月考)中子内有一个电荷量为＋23e 的上夸克和两个电荷量为－13e的下夸克，假设三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图所示，则下列四幅图中能正确表示出各夸克所受静电作用力的是( )1．(对点电荷的理解)(多选)下列说法中正确的是( )A．点电荷是一种理想化模型，真正的点电荷是不存在的B．点电荷就是体积和电荷量都很小的带电体C．根据F＝k Q1Q2r2可知，当r→0时，F→∞D．一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计2．(库仑扭秤实验)关于物理学研究思想和方法，下列叙述中不正确的是( )A．库仑扭秤的实验中运用了控制变量的思想方法B．悬挂法确定物体重心运用了等效替代的方法C．伽利略在做斜面实验的过程中采用了微量放大的方法D．用点电荷来代替实际带电体采用了理想模型的方法3.(库仑定律的适用条件)如图所示，两个半径均为r的金属球放在绝缘支架上，两球面最近距离为r，带等量异种电荷，电荷量为Q，两球之间的静电力( )A ．等于kQ 29r 2B ．大于k Q 29r 2C ．小于k Q 29r 2D ．等于kQ 2r 24．(库仑定律的理解)将两个分别带有电荷量－2Q 和＋5Q 的相同金属小球A 、B 分别固定在相距为r 的两处(均可视为点电荷)，它们间库仑力的大小为F 。

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。

调研题目：假设静电场库伦定律的平方反比关系不严格成立，即δ其中δ。

请推导静电场的各种性质。

例如新条件下高斯定理、环路定理的变化，电势的定义是否受到影响。

调查部分：①库仑定律严格成立的等价命题：光子净质量等于零。

平方反比不严格成立带来的问题：②库伦根据扭秤实验提出静电力平方反比定律的时候，实验精度并不高，指数的偏差δ达到0.04，他多半是受到万有引力的启示而猜测指数是2的。

而库仑定律的精确性问题却是关系物理学基础的根本性问题，假如平方反比律不严格成立，将会有很多不可思议的事情发生：比如光子的静质量不等于零将直接导致电磁场的规范不变性不成立；电荷守恒定律被破坏；电磁波在真空中也发生色散；光速不能保持不变；光子的独立偏振态不再是2而是3；麦克斯韦方程组就必须做重大的修改；真空中不同频率的电磁波, 就应以不同的速度传播；狭义相对论的“光速不变原理”就要被动摇,甚至由其建立起来的物理理论基础也会因此而受到怀疑。

如果真的发现了磁单极，则光子的静质量必为零，库仑定律的平方反比关系也就严格成立了。

③关于库仑定律平方反比律精确度的研究，一直为历代物理学家高度重视，迄今未停止过。

以下是历史上物理学家们所做的关于精确性验证的实验结果，迄今为止，δ的数量级已由减小到。

数量级越小，受实验仪器精度限制，实验条件越困难。

验证平方反比律的实验结果研究部分：一、高斯定理数学上的高斯定理：=dV *其中为一三维向量场。

首先应当说明，*式在数学上是严格成立的，无论的形式如何，只要它是个向量场。

因为我们将*式应用在物理上，才有了静电场高斯定理（其实物理上还有磁场高斯定理，名气略小而已）。

所以，如果库伦定律（即平方反比律）不严格成立，只要还是个场（甚至立方反比律F）就一定会有相对应的高斯定理。

现在，我们暂且承认两个点电荷、相距为r时的静，方向沿两者的连线，那么一个电力大小为δ，其中δ。

点电荷+q在真空激发的场为=δ来计算以点电荷+q为圆心的半径为r的球面的电通量Φ==δ=如果δ＞0,那么r越大，Φ越小，意味着电场往无限远传播的过程中Φ不断耗散；如果δ＜0，那么r越大，Φ越大，意味着电场往无限远传播的过程中Φ不断累积。

库仑扭秤实验简介库仑扭秤实验是一种用来测量电荷之间相互作用力的实验方法，通过观察电荷受力的情况来推断电荷之间的大小和方向关系。

这个实验可以帮助我们更好地理解电荷之间的相互作用和库仑定律。

实验原理在库仑扭秤实验中，一根细而柔软的金属丝挂载在一个固定的支架上，两个带电体被固定在支架的两端。

当带电体之间施加一个引力，金属丝就会因为所受扭矩而扭转，最终达到平衡的状态。

通过测量金属丝的扭转角度，我们可以计算出带电体之间的库仑力的大小。

实验步骤1.准备实验装置：将金属丝挂载在支架上，确保金属丝能够自由扭转而不受外界干扰。

2.在金属丝的两端各固定一个带电体，可以是带正电荷和带负电荷的导体球。

3.施加一个引力使得带电体之间产生库仑力，观察金属丝的扭转情况。

4.调整带电体的距离和电荷大小，直到金属丝再次恢复平衡状态。

5.测量金属丝扭转的角度，并计算出电荷之间的库仑力大小。

实验结果分析根据库仑力的大小和金属丝的扭转角度，我们可以计算出电荷之间的大小和方向关系。

库仑扭秤实验可以帮助我们验证库仑定律，并进一步研究电荷之间的相互作用。

结论通过库仑扭秤实验，我们可以准确测量电荷之间的库仑力，并验证电荷之间相互作用的规律。

这个实验方法不仅有助于加深我们对电荷之间关系的理解，也为电磁学的研究提供了重要的参考数据。

参考文献1.Griffiths, D.J. (1999). Introduction to electrodynamics. Prentice Hall.2.Purcell, E.M., & Morin, D.J. (2013). Electricity and magnetism.Cambridge University Press.。