卡文迪許實驗裝置介紹

1. 卡文迪許到底是怎麼測出地球質量的

17世紀末年,英國科學家牛頓發現了萬有引力定律.牛頓和很多科學家都發現,利用萬有引力的公式,可以求出地球的質量來.這需要幾個數值：一個是地球對一個已知質量的物體的吸引力,它實際上就是物體受到的重力,這很容易測得；一個是地球和物體的距離,這可以用地球的半徑代替；另一個關鍵的數值叫「萬有引力常數」,這個數值雖然當時還不知道,但是可以從在地面上直接測量兩個已知質量物體之間的引力而求出來.牛頓稱量地球的方法,原理是完全正確的,他使用的是「間接測量法」,這種方法和我國古代「曹沖稱象」的故事裡說的曹沖稱出大象的質量的方法很相似,只不過曹沖稱象利用的是物體浮力的定律,而牛頓利用的是萬有引力定律.牛頓測出地球和一個已知物體之間的引力,從而計算出地球的質量來.可惜「萬有引力常數」數值極其微小,測量起來十分困難,牛頓精心設計了好幾個實驗,想直接測出兩個物體之間的引力來.可是他失敗了.他還發現,一般的物體之間的引力非常非常微小,以至根本測量不出來.牛頓失望了,他也曾當眾宣布：想利用測量引力來計算地球質量的努力將是徒勞的.牛頓去世以後,還有一些科學家繼續研究這個問題.1750年,法國科學家布格爾來到南美洲的厄瓜多,他爬上了陡峭的琴玻拉錯山頂,沿著懸崖吊下一根垂線,線的下面拴著一個鉛球.他想先測量出垂線因受到山的引力而偏離的距離,再根據山的密度和體積算出山的質量,進一步求出「萬有引力常數」來.可是,由於引力實在太小了,鉛垂線偏離的距離幾乎量不出來,即使量出來也很不精確,實驗仍然沒有成功.一次又一次實驗的失敗,使稱量地球成了無法攻克的著名難題,一個物理學上的禁區.引力被「放大」了 在攀登科學高峰的崎嶇的小路上,有的人摔倒了,有的人退縮了.但也有人在勇敢地繼續向上攀登,卡文迪就是其中的一個.從十幾歲開始,卡文迪就開始研究這個問題,他仔細分析了前人失敗的原因,認為主要是由於實驗方法既不方便,由很不精確.他決心設計出一種新的實驗.1750年的一天,卡文迪許聽到一個消息,劍橋大學有位名叫約翰·米歇爾的科學家,他在研究磁力的時候,使用了一種巧妙的方法,可以觀察到很小的力的變化.卡文迪許立刻趕去向他請教.米歇爾向卡文迪許介紹了實驗的方法,他用一根石英絲把一塊條形磁鐵橫吊起來,然後用另一塊磁鐵去吸引它,這時候石英絲就發生了扭轉,磁引力的大小就清楚地看出來了.卡文迪許受到了很大啟發.他想,能不能用這個方法測出兩個物體之間的微弱引力呢?他一回到實驗室,立刻仿製了一套裝置：在一根細長桿的兩端各安上一個小鉛球,做成一個像啞鈴似的東西；再用一根石英絲把這個「啞鈴」橫吊起來.他想,如果用兩個大一些的鉛球分別移近兩個小鉛球,由於鉛球之間存在引力,「啞鈴」一定會發生擺動,石英絲也會隨著扭動.這時候,只要測出石英絲扭轉的程度,就可以進一步求出引力從理論上分析,這個設想是成立的.可是卡文迪許實驗了許多次,都沒有成功.原因在哪裡呢?還是由於引力實在太微弱了.現在我們知道,兩個1千克重的鉛球在相距10厘米的時候,它們之間的相互引力只有十億分之一千克；這么微小的力,得需要多麼精密的儀器才能測量出來呀,卡文迪許受到當時條件的限制,幾乎完全靠肉眼觀察來確定石英絲的變化,的確是太困難了卡文迪許陷入了長期的苦思.他想,在實驗的時候,石英絲肯定發生了扭轉,只是程度極其微小,不易覺察出來就是了.能不能把這肉眼發現不了的扭轉加以放大,使它變得顯著一些呢?科學上的重大發明,往往都離不開要設計出一種巧妙的研究方法.卡文迪許正是這樣,他花了很長時間專心思考這個問題,可一直沒有想出滿意的方法.這一天,他到皇家學會去開會.走在半路上,他看到幾個小孩子,正在作一種有趣的游戲：他們每人手裡拿著一面小鏡子,用來反射太陽光,互相照著玩.小鏡了只要稍一轉動,遠處光點的位置就發生很大變化.「真有意思!」看著那些活潑的孩子,卡文迪許想.忽然有一個念頭閃過他的腦海,他掉頭跑回實驗室,對自己的實驗裝置進行了一番革新.他把一面小鏡子固定在石英絲上,用一束光線去照射它.光線被小鏡子反射過來,射在一根刻度尺上.這樣,只要石英絲有一點極小的扭動,反射光就會在刻度尺上明顯地表示出來.扭動被放大了!實驗的靈敏度大大提高了,這就是著名的「扭秤」實驗法.終於出了地球的質量 成功了!卡文迪許抑制住內心的興奮,再接再厲,繼續鑽研.一直到1798年,他終於測出了「萬有引力常數」的數值,並且進一步算出了地球的質量.這是一個大得令人吃驚的數字：5．976乘以10的24次方千克,也就是大約60萬億億噸!不久太陽的質量也用相同的方法測量出來,是地球質量的33萬倍,為2乘以10的30次方千克.測出地球質量以後,地球的平均密度就求出來了,為5．52克/立方厘米.可是地球表面密度僅為2．5—3克/立方厘米,這樣就可以推算出地球中心的密度高達7—8克/立方厘米.

2. 卡文迪許利用扭秤實驗主要結構在石英絲

當減小石英絲的直徑時，會導致石英絲更容易轉動，對測量石英絲極微小的扭轉角卻沒有作用，故A不正確；
當增大T型架橫梁的長度時，會導致石英絲更容易轉動，對測量石英絲極微小的扭轉角仍沒有作用，故B不正確；
為了測量石英絲極微小的扭轉角，該實驗裝置中採取使「微小量放大」．利用平面鏡對光線的反射，來體現微小形變的．當增大刻度尺與平面鏡的距離時，轉動的角度更明顯．因此選項CD正確．
故選：CD．

3. 卡文迪許在哪個實驗室測出萬有引力常量

卡文迪許,著名物理學家 亨利·卡文迪許 (Henry Cavendish,1731.10.10.1810.3.10.)英國化學家、物理學家.公元1731年10月10日生於法國尼斯.1742—1748年他在倫敦附近的海克納學校讀書.1749—1753年期間在劍橋彼得豪斯學院求學.在倫敦定居後,卡文迪許在他父親的實驗室中當助手,做了大量的電學、化學研究工作.他的實驗研究持續達50年之久.1760年卡文迪許被選為倫敦皇家學會成員,1803年又被選為法國研究院的18名外籍會員之一.
公元1810年3月10日,卡文迪許在倫敦逝世,終身未婚.
編輯本段
二、主要成就
化學領域的成就
1784年左右,卡文迪許研究了空氣的組成,發現普通空氣中氮佔五分之四,氧佔五分之一.他確定了水的成分,肯定了它不是元素而是化合物.他還發現了硝酸.
物理領域的成就
卡文迪許生前在物理學方面發表的論文為數極少,一直到麥克斯韋審閱整理並出版了他的手稿後,人們才知道他在電學方面作出了很多重要發現.他發現一對電荷間的作用力跟它們之間的距離平方成反比,這就是後來庫侖導出的庫侖定律內容的一部分；他提出每個帶電體的周圍有「電氣」,與電場理論很接近；卡文迪許演示了電容器的電容與插入平板中的物質有關；電勢的概念也是卡文迪許首先提出的,這對靜電理論的發展起了重要作用；他還提出了導體上的電勢與通過電流成正比的關系.
卡文迪許在熱學理論、計溫學、氣象學、大地磁學等方面都有研究.1798年他完成最後的實驗時,已年近七十.在物理學上他最主要的成就是通過扭秤實驗驗證了牛頓的萬有引力定律,確定了引力常數和地球平均密度.
在牛頓發現萬有引力定律之後,他是測出引力常量的科學家.
推算地球密度
卡文迪許測量地球的密度是從求牛頓的萬有引力定律中的常數著手,再推算出地球密度.他的指導思想極其簡單,用兩個大鉛球使它們接近兩個小球.從懸掛小球的金屬絲的扭轉角度,測出這些球之間的相互引力.根據萬有引力定律,可求出常數G.根據卡文迪許的多次實驗,測算出地球的平均密度是水密度的5.481倍（現在的數值為5.517,誤差為0.65253%左右）,並確定了萬有引力常數（他測得的引力常數G是(6.754±0.041)×10N·m²/kg²,這個值同現代值(6.6732±0.0031)×10N·m²/kg²,相差無幾,計算出了地球的質量.被譽為第一個稱量地球的人.
卡文迪許驗證萬有引力定律的實驗採用自己設計的「扭秤」為工具,後人稱為著名的「卡文迪許實驗」.

4. 什麼是卡文迪許的同心球實驗 干什麼的

卡文迪許的同心球實驗是用來測定萬有引力系數的一個實驗裝置，在高中物理課本上可以找到的。

5. 卡文迪許比較准確地測出引力常量的裝置是什麼

卡文迪許是用扭秤測出的。
扭秤的主要部分是這樣一個T字形輕而結實的框架，把這個T形架倒掛在一根石英絲下。若在T形架的兩端施加兩個大小相等、方向相反的力，石英絲就會扭轉一個角度。力越大，扭轉的角度也越大。反過來，如果測出T形架轉過的角度，也就可以測出T形架兩端所受力的大小。現在在T形架的兩端各固定一個小球，再在每個小球的附近各放一個大球，大小兩個球間的距離是可以較容易測定的。根據萬有引力定律，大球會對小球產生引力，T形架會隨之扭轉，只要測出其扭轉的角度，就可以測出引力的大小。當然由於引力很小，這個扭轉的角度會很小。怎樣才能把這個角度測出來呢？卡文迪許在T形架上裝了一面小鏡子，用一束光射向鏡子，經鏡子反射後的光射向遠處的刻度尺，當鏡子與T形架一起發生一個很小的轉動時，刻度尺上的光斑會發生較大的移動。這樣，就起到一個化小為大的效果，通過測定光斑的移動，測定了T形架在放置大球前後扭轉的角度，從而測定了此時大球對小球的引力。卡文迪許用此扭秤驗證了牛頓萬有引力定律，並測定出引力常量G的數值。這個數值與近代用更加科學的方法測定的數值是非常接近的。

6. 請問卡文迪許到底是怎麼測出地球質量的

17世紀末年，英國科學家牛頓發現了萬有引力定律。牛頓和很多科學家都發現，利用萬有引力的公式，可以求出地球的質量來。這需要幾個數值：一個是地球對一個已知質量的物體的吸引力，它實際上就是物體受到的重力，這很容易測得；一個是地球和物體的距離，這可以用地球的半徑代替；另一個關鍵的數值叫「萬有引力常數」，這個數值雖然當時還不知道，但是可以從在地面上直接測量兩個已知質量物體之間的引力而求出來。 牛頓稱量地球的方法，原理是完全正確的，他使用的是「間接測量法」，這種方法和我國古代「曹沖稱象」的故事裡說的曹沖稱出大象的質量的方法很相似，只不過曹沖稱象利用的是物體浮力的定律，而牛頓利用的是萬有引力定律。牛頓測出地球和一個已知物體之間的引力，從而計算出地球的質量來。 可惜「萬有引力常數」數值極其微小，測量起來十分困難，牛頓精心設計了好幾個實驗，想直接測出兩個物體之間的引力來。可是他失敗了。他還發現，一般的物體之間的引力非常非常微小，以至根本測量不出來。牛頓失望了，他也曾當眾宣布：想利用測量引力來計算地球質量的努力將是徒勞的。牛頓去世以後，還有一些科學家繼續研究這個問題。1750年，法國科學家布格爾來到南美洲的厄瓜多，他爬上了陡峭的琴玻拉錯山頂，沿著懸崖吊下一根垂線，線的下面拴著一個鉛球。他想先測量出垂線因受到山的引力而偏離的距離，再根據山的密度和體積算出山的質量，進一步求出「萬有引力常數」來。可是，由於引力實在太小了，鉛垂線偏離的距離幾乎量不出來，即使量出來也很不精確，實驗仍然沒有成功。 一次又一次實驗的失敗，使稱量地球成了無法攻克的著名難題，一個物理學上的禁區。 引力被「放大」了 在攀登科學高峰的崎嶇的小路上，有的人摔倒了，有的人退縮了。但也有人在勇敢地繼續向上攀登，卡文迪就是其中的一個。 從十幾歲開始，卡文迪就開始研究這個問題，他仔細分析了前人失敗的原因，認為主要是由於實驗方法既不方便，由很不精確。他決心設計出一種新的實驗。1750年的一天，卡文迪許聽到一個消息，劍橋大學有位名叫約翰·米歇爾的科學家，他在研究磁力的時候，使用了一種巧妙的方法，可以觀察到很小的力的變化。卡文迪許立刻趕去向他請教。 米歇爾向卡文迪許介紹了實驗的方法，他用一根石英絲把一塊條形磁鐵橫吊起來，然後用另一塊磁鐵去吸引它，這時候石英絲就發生了扭轉，磁引力的大小就清楚地看出來了。卡文迪許受到了很大啟發。他想，能不能用這個方法測出兩個物體之間的微弱引力呢？他一回到實驗室，立刻仿製了一套裝置：在一根細長桿的兩端各安上一個小鉛球，做成一個像啞鈴似的東西；再用一根石英絲把這個「啞鈴」橫吊起來。他想，如果用兩個大一些的鉛球分別移近兩個小鉛球，由於鉛球之間存在引力，「啞鈴」一定會發生擺動，石英絲也會隨著扭動。這時候，只要測出石英絲扭轉的程度，就可以進一步求出引力從理論上分析，這個設想是成立的。可是卡文迪許實驗了許多次，都沒有成功。原因在哪裡呢？還是由於引力實在太微弱了。現在我們知道，兩個1千克重的鉛球在相距10厘米的時候，它們之間的相互引力只有十億分之一千克；這么微小的力，得需要多麼精密的儀器才能測量出來呀，卡文迪許受到當時條件的限制，幾乎完全靠肉眼觀察來確定石英絲的變化，的確是太困難了卡文迪許陷入了長期的苦思。他想，在實驗的時候，石英絲肯定發生了扭轉，只是程度極其微小，不易覺察出來就是了。能不能把這肉眼發現不了的扭轉加以放大，使它變得顯著一些呢？ 科學上的重大發明，往往都離不開要設計出一種巧妙的研究方法。卡文迪許正是這樣，他花了很長時間專心思考這個問題，可一直沒有想出滿意的方法。 這一天，他到皇家學會去開會。走在半路上，他看到幾個小孩子，正在作一種有趣的游戲：他們每人手裡拿著一面小鏡子，用來反射太陽光，互相照著玩。小鏡了只要稍一轉動，遠處光點的位置就發生很大變化。 「真有意思！」看著那些活潑的孩子，卡文迪許想。忽然有一個念頭閃過他的腦海，他掉頭跑回實驗室，對自己的實驗裝置進行了一番革新。他把一面小鏡子固定在石英絲上，用一束光線去照射它。光線被小鏡子反射過來，射在一根刻度尺上。這樣，只要石英絲有一點極小的扭動，反射光就會在刻度尺上明顯地表示出來。扭動被放大了！實驗的靈敏度大大提高了，這就是著名的「扭秤」實驗法。 終於出了地球的質量 成功了！卡文迪許抑制住內心的興奮，再接再厲，繼續鑽研。一直到1798年，他終於測出了「萬有引力常數」的數值，並且進一步算出了地球的質量。這是一個大得令人吃驚的數字：5．976乘以10的24次方千克，也就是大約60萬億億噸！不久太陽的質量也用相同的方法測量出來，是地球質量的33萬倍，為2乘以10的30次方千克。測出地球質量以後，地球的平均密度就求出來了，為5．52克/立方厘米。可是地球表面密度僅為2．5—3克/立方厘米，這樣就可以推算出地球中心的密度高達7—8克/立方厘米。

7. 卡文迪許扭秤裝置

由亨利·卡文迪什於1797年-1798年完成.是第一個在實驗室里完成的測量兩個物體之間回萬有引力的實驗，並答且第一個准確地求出了萬有引力常數和地球質量.其他人則通過他的實驗結果求得了地球密度.
1797年卡文迪什完成了對地球密度的精確測量。他使用的裝置是約翰·米切爾設計，但米切爾本人不久去世，將裝置遺留給了沃拉斯頓，後被轉送給卡文迪什。裝置是由兩個重達350磅的鉛球和扭秤系統組成。為了消除氣流干擾，卡文迪什將裝置安裝在一個不透風的房間，自己則在室外用望遠鏡觀測扭矩的變化。之後他向皇家學會提交報告，給出了目前看來仍然比較精確的地球密度值。
而人們為紀念這位大科學家，特意為他樹立了紀念碑。後來，他的後代親屬德文郡八世公爵S.C.卡文迪許將自己的一筆財產捐贈劍橋大學於1871年建成實驗室.

因此卡文迪什是在1753年以後定居倫敦，自己購買書籍和實驗儀器開辦的實驗室中完成扭秤實驗.

8. 卡文迪許實驗室的介紹

卡文迪許實驗室是英國劍橋大學的物理實驗室。卡文迪許實驗室舊址入口實際上就是它的物理系。劍橋大學建於1209年，歷史悠久，與牛津大學同為英國的最高學府。劍橋大學的卡文迪許實驗室建於187l～1874年間，是當時劍橋大學的一位校長威廉·卡文迪許私人捐款興建的。他是十八～十九世紀對物理學和化學做出過巨大貢獻的科學家亨利·卡文迪許的近親。這個實驗室就取名卡文迪許實驗室，當時用了捐款8450英鎊，除去蓋成一棟實驗樓館，還買了一些儀器設備。

9. 卡文迪許用什麼裝置測出萬有引力常數

萬有引力恆量是用什麼方法測量的？
教師可用展示扭秤實驗的圖片並詳細解釋有關物理問題。（教學建議中有資料）
需要注意兩個地方：
（1）兩個1千克的物體間的萬有引力很小，他是如何解決的？
（2）力很小讀數如何解決de?
卡文迪許歷時五十年測出了引力常量
英國物理科學家牛頓發現了萬有引力定律之後．他就專門設計了好幾個實驗，想先測出兩個物體之間的引力，然後來計算地球的質量．可是，因為一般物體之間的引力非常弱小，牛頓的實驗都—一失敗了．
牛頓去世後，還有一些科學家繼續研究這個問題．其中以卡文迪許的實驗最為成功。
1750年6月的一天，正在著手進行引力測量的卡文迪許，得到一個好消息：劍橋大學一名叫約翰米歇爾的科學家，在研究磁力的時候，使用了一種很巧妙的方法，測出了力的微小變化．卡文迪許立即趕去向他請教。
原來，米歇爾的實驗裝置是這樣的：用一根很細的石英絲把一塊條形磁鐵橫吊起來，然後用另一塊磁鐵慢慢去吸引它．當磁力開始產生作用的時候，石英絲便會發生偏轉，這樣，磁引力的大小就可清楚地顯示出來了．
卡文迪許從中得到啟發，也仿照米歇爾的辦法，做了一套新的實驗裝置：用一根石英絲橫吊著一根細桿，細桿的兩端各安著一個小鉛球，另外再用兩只大球，分別移近兩只小球．卡文迪許想，當大球與小球逐漸接近時，由於引力的作用，那兩只吊著的小鉛球必定會發生擺動，這樣就可以測出引力的大小了
可是，這個實驗失敗了。卡文迪許陷入了沉思．他想，是不是因為兩球之間的引力太小，肉眼觀測不出來呢？能不能將它放大，變得明顯一些呢？
後來，他終於找到一個十分巧妙的辦法：在石英絲上安上一面小鏡子，把一束光照射在鏡面上，鏡面又把光線反射到一根刻度尺上．這樣，只要石英絲一旦有一點點極細微的扭動，鏡面上的反射光就會在刻度尺上明顯地表示出來，扭動被放大了．1798年，他終於測得兩球間的引力，求出了「引力常量」的數值，從而算出地球的質量為 kg，相當於60億億噸！
為了推算地球的質量，卡文迪許幾乎耗盡了畢生的精力，前後花了五十年時間．當他求得這個數值的時候，他已經是一個六十七歲的老人了．

10. 卡文迪許扭秤的實驗由來

牛頓認為公式中的引力常數G是普適常數，不受物體的形狀、大小、地點和溫度等因素
影響引力常數的准確測定對驗證萬有引力定律將提供直接的證據。英國物理學家卡文迪許（H.Cavendish 1731-1810）根據牛頓提出的直接測量兩個物體間的引力的想法,採用扭秤法第一個准確地測定了引力常數。
卡文迪許實驗所用的扭秤是英國皇家學會的米歇爾神父製作的。米歇爾製作扭秤的目的是為了測定地球的密度，並與卡文迪許討論過這一問題。但是，米歇爾還未用它來進行測定，便去世了。米歇爾去世後，這架儀器幾經輾轉傳到了劍橋大學傑可遜講座教授沃萊斯頓神父手裡，他又慷慨地贈送給了卡文迪許，這時卡文迪許已是年近古稀的老人了。卡文迪許首先根據自己實驗的需要對米歇爾製作的扭秤進行的分析，他認為有些部件沒有達到他所希望的方便程度，為此，卡文迪許重新製作了絕大部分部件，並對原裝置進行了一些改動。卡文迪許認為大鉛球對小鉛球的引力是極其微小的，任何一個極小的干擾力就會使實驗失敗。他發現最難以防止的干擾力來自冷熱變化和空氣的流動。為了排除誤差來源，卡文迪許把整個儀器安置在一個關閉房間里，通過望遠鏡從室外觀察扭秤臂桿的移動。扭秤的主要部分是一個輕而堅固的T形架，倒掛在一根金屬絲的下端。T形架水平部分的的兩端各裝一個質量是m的小球，T形架的豎直部分裝一面小平面鏡M，它能把射來的光線反射到刻度尺上，這樣就能比較精確地測量金屬絲地扭轉。實驗時，把兩個質量都是m'的大球放在如圖所示的位置，它們跟小球的距離相等。由於m受到m'的吸引，T形架受到力矩作用而轉動，使金屬絲發生扭轉，產生相反的扭轉力矩，阻礙T形架轉動。當這兩個力矩平衡時，T形架停下來不動。這時金屬絲扭轉的角度可以從小鏡M反射的光點在刻度尺上移動的距離求出，再根據金屬絲的扭轉力矩跟扭轉角度的關系，就可以算出這時的扭轉力矩，進而求得m與m'的引力F。他利用扭秤進行了一系列十分仔細的測量，測得引力常量G=6.754×10-11m3kg-1s2，與目前的公認值只差百分之一，在此後得89年間竟無人超過他的測量精度。 卡文迪許完成了這一重要常數的測定兩年之後就與世長辭了。這一成果也就成了卡文迪許用畢生精力進行科學研究的終結和最後的獻禮。