卡文迪许实验装置介绍

1. 卡文迪许到底是怎么测出地球质量的

17世纪末年,英国科学家牛顿发现了万有引力定律.牛顿和很多科学家都发现,利用万有引力的公式,可以求出地球的质量来.这需要几个数值：一个是地球对一个已知质量的物体的吸引力,它实际上就是物体受到的重力,这很容易测得；一个是地球和物体的距离,这可以用地球的半径代替；另一个关键的数值叫“万有引力常数”,这个数值虽然当时还不知道,但是可以从在地面上直接测量两个已知质量物体之间的引力而求出来.牛顿称量地球的方法,原理是完全正确的,他使用的是“间接测量法”,这种方法和我国古代“曹冲称象”的故事里说的曹冲称出大象的质量的方法很相似,只不过曹冲称象利用的是物体浮力的定律,而牛顿利用的是万有引力定律.牛顿测出地球和一个已知物体之间的引力,从而计算出地球的质量来.可惜“万有引力常数”数值极其微小,测量起来十分困难,牛顿精心设计了好几个实验,想直接测出两个物体之间的引力来.可是他失败了.他还发现,一般的物体之间的引力非常非常微小,以至根本测量不出来.牛顿失望了,他也曾当众宣布：想利用测量引力来计算地球质量的努力将是徒劳的.牛顿去世以后,还有一些科学家继续研究这个问题.1750年,法国科学家布格尔来到南美洲的厄瓜多尔,他爬上了陡峭的琴玻拉错山顶,沿着悬崖吊下一根垂线,线的下面拴着一个铅球.他想先测量出垂线因受到山的引力而偏离的距离,再根据山的密度和体积算出山的质量,进一步求出“万有引力常数”来.可是,由于引力实在太小了,铅垂线偏离的距离几乎量不出来,即使量出来也很不精确,实验仍然没有成功.一次又一次实验的失败,使称量地球成了无法攻克的著名难题,一个物理学上的禁区.引力被“放大”了 在攀登科学高峰的崎岖的小路上,有的人摔倒了,有的人退缩了.但也有人在勇敢地继续向上攀登,卡文迪就是其中的一个.从十几岁开始,卡文迪就开始研究这个问题,他仔细分析了前人失败的原因,认为主要是由于实验方法既不方便,由很不精确.他决心设计出一种新的实验.1750年的一天,卡文迪许听到一个消息,剑桥大学有位名叫约翰·米歇尔的科学家,他在研究磁力的时候,使用了一种巧妙的方法,可以观察到很小的力的变化.卡文迪许立刻赶去向他请教.米歇尔向卡文迪许介绍了实验的方法,他用一根石英丝把一块条形磁铁横吊起来,然后用另一块磁铁去吸引它,这时候石英丝就发生了扭转,磁引力的大小就清楚地看出来了.卡文迪许受到了很大启发.他想,能不能用这个方法测出两个物体之间的微弱引力呢?他一回到实验室,立刻仿制了一套装置：在一根细长杆的两端各安上一个小铅球,做成一个像哑铃似的东西；再用一根石英丝把这个“哑铃”横吊起来.他想,如果用两个大一些的铅球分别移近两个小铅球,由于铅球之间存在引力,“哑铃”一定会发生摆动,石英丝也会随着扭动.这时候,只要测出石英丝扭转的程度,就可以进一步求出引力从理论上分析,这个设想是成立的.可是卡文迪许实验了许多次,都没有成功.原因在哪里呢?还是由于引力实在太微弱了.现在我们知道,两个1千克重的铅球在相距10厘米的时候,它们之间的相互引力只有十亿分之一千克；这么微小的力,得需要多么精密的仪器才能测量出来呀,卡文迪许受到当时条件的限制,几乎完全靠肉眼观察来确定石英丝的变化,的确是太困难了卡文迪许陷入了长期的苦思.他想,在实验的时候,石英丝肯定发生了扭转,只是程度极其微小,不易觉察出来就是了.能不能把这肉眼发现不了的扭转加以放大,使它变得显著一些呢?科学上的重大发明,往往都离不开要设计出一种巧妙的研究方法.卡文迪许正是这样,他花了很长时间专心思考这个问题,可一直没有想出满意的方法.这一天,他到皇家学会去开会.走在半路上,他看到几个小孩子,正在作一种有趣的游戏：他们每人手里拿着一面小镜子,用来反射太阳光,互相照着玩.小镜了只要稍一转动,远处光点的位置就发生很大变化.“真有意思!”看着那些活泼的孩子,卡文迪许想.忽然有一个念头闪过他的脑海,他掉头跑回实验室,对自己的实验装置进行了一番革新.他把一面小镜子固定在石英丝上,用一束光线去照射它.光线被小镜子反射过来,射在一根刻度尺上.这样,只要石英丝有一点极小的扭动,反射光就会在刻度尺上明显地表示出来.扭动被放大了!实验的灵敏度大大提高了,这就是著名的“扭秤”实验法.终于出了地球的质量 成功了!卡文迪许抑制住内心的兴奋,再接再厉,继续钻研.一直到1798年,他终于测出了“万有引力常数”的数值,并且进一步算出了地球的质量.这是一个大得令人吃惊的数字：5．976乘以10的24次方千克,也就是大约60万亿亿吨!不久太阳的质量也用相同的方法测量出来,是地球质量的33万倍,为2乘以10的30次方千克.测出地球质量以后,地球的平均密度就求出来了,为5．52克/立方厘米.可是地球表面密度仅为2．5—3克/立方厘米,这样就可以推算出地球中心的密度高达7—8克/立方厘米.

2. 卡文迪许利用扭秤实验主要结构在石英丝

当减小石英丝的直径时，会导致石英丝更容易转动，对测量石英丝极微小的扭转角却没有作用，故A不正确；
当增大T型架横梁的长度时，会导致石英丝更容易转动，对测量石英丝极微小的扭转角仍没有作用，故B不正确；
为了测量石英丝极微小的扭转角，该实验装置中采取使“微小量放大”．利用平面镜对光线的反射，来体现微小形变的．当增大刻度尺与平面镜的距离时，转动的角度更明显．因此选项CD正确．
故选：CD．

3. 卡文迪许在哪个实验室测出万有引力常量

卡文迪许,著名物理学家 亨利·卡文迪许 (Henry Cavendish,1731.10.10.1810.3.10.)英国化学家、物理学家.公元1731年10月10日生于法国尼斯.1742—1748年他在伦敦附近的海克纳学校读书.1749—1753年期间在剑桥彼得豪斯学院求学.在伦敦定居后,卡文迪许在他父亲的实验室中当助手,做了大量的电学、化学研究工作.他的实验研究持续达50年之久.1760年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员,1803年又被选为法国研究院的18名外籍会员之一.
公元1810年3月10日,卡文迪许在伦敦逝世,终身未婚.
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二、主要成就
化学领域的成就
1784年左右,卡文迪许研究了空气的组成,发现普通空气中氮占五分之四,氧占五分之一.他确定了水的成分,肯定了它不是元素而是化合物.他还发现了硝酸.
物理领域的成就
卡文迪许生前在物理学方面发表的论文为数极少,一直到麦克斯韦审阅整理并出版了他的手稿后,人们才知道他在电学方面作出了很多重要发现.他发现一对电荷间的作用力跟它们之间的距离平方成反比,这就是后来库仑导出的库仑定律内容的一部分；他提出每个带电体的周围有“电气”,与电场理论很接近；卡文迪许演示了电容器的电容与插入平板中的物质有关；电势的概念也是卡文迪许首先提出的,这对静电理论的发展起了重要作用；他还提出了导体上的电势与通过电流成正比的关系.
卡文迪许在热学理论、计温学、气象学、大地磁学等方面都有研究.1798年他完成最后的实验时,已年近七十.在物理学上他最主要的成就是通过扭秤实验验证了牛顿的万有引力定律,确定了引力常数和地球平均密度.
在牛顿发现万有引力定律之后,他是测出引力常量的科学家.
推算地球密度
卡文迪许测量地球的密度是从求牛顿的万有引力定律中的常数着手,再推算出地球密度.他的指导思想极其简单,用两个大铅球使它们接近两个小球.从悬挂小球的金属丝的扭转角度,测出这些球之间的相互引力.根据万有引力定律,可求出常数G.根据卡文迪许的多次实验,测算出地球的平均密度是水密度的5.481倍（现在的数值为5.517,误差为0.65253%左右）,并确定了万有引力常数（他测得的引力常数G是(6.754±0.041)×10N·m²/kg²,这个值同现代值(6.6732±0.0031)×10N·m²/kg²,相差无几,计算出了地球的质量.被誉为第一个称量地球的人.
卡文迪许验证万有引力定律的实验采用自己设计的“扭秤”为工具,后人称为著名的“卡文迪许实验”.

4. 什么是卡文迪许的同心球实验 干什么的

卡文迪许的同心球实验是用来测定万有引力系数的一个实验装置，在高中物理课本上可以找到的。

5. 卡文迪许比较准确地测出引力常量的装置是什么

卡文迪许是用扭秤测出的。
扭秤的主要部分是这样一个T字形轻而结实的框架，把这个T形架倒挂在一根石英丝下。若在T形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力，石英丝就会扭转一个角度。力越大，扭转的角度也越大。反过来，如果测出T形架转过的角度，也就可以测出T形架两端所受力的大小。现在在T形架的两端各固定一个小球，再在每个小球的附近各放一个大球，大小两个球间的距离是可以较容易测定的。根据万有引力定律，大球会对小球产生引力，T形架会随之扭转，只要测出其扭转的角度，就可以测出引力的大小。当然由于引力很小，这个扭转的角度会很小。怎样才能把这个角度测出来呢？卡文迪许在T形架上装了一面小镜子，用一束光射向镜子，经镜子反射后的光射向远处的刻度尺，当镜子与T形架一起发生一个很小的转动时，刻度尺上的光斑会发生较大的移动。这样，就起到一个化小为大的效果，通过测定光斑的移动，测定了T形架在放置大球前后扭转的角度，从而测定了此时大球对小球的引力。卡文迪许用此扭秤验证了牛顿万有引力定律，并测定出引力常量G的数值。这个数值与近代用更加科学的方法测定的数值是非常接近的。

6. 请问卡文迪许到底是怎么测出地球质量的

17世纪末年，英国科学家牛顿发现了万有引力定律。牛顿和很多科学家都发现，利用万有引力的公式，可以求出地球的质量来。这需要几个数值：一个是地球对一个已知质量的物体的吸引力，它实际上就是物体受到的重力，这很容易测得；一个是地球和物体的距离，这可以用地球的半径代替；另一个关键的数值叫“万有引力常数”，这个数值虽然当时还不知道，但是可以从在地面上直接测量两个已知质量物体之间的引力而求出来。 牛顿称量地球的方法，原理是完全正确的，他使用的是“间接测量法”，这种方法和我国古代“曹冲称象”的故事里说的曹冲称出大象的质量的方法很相似，只不过曹冲称象利用的是物体浮力的定律，而牛顿利用的是万有引力定律。牛顿测出地球和一个已知物体之间的引力，从而计算出地球的质量来。 可惜“万有引力常数”数值极其微小，测量起来十分困难，牛顿精心设计了好几个实验，想直接测出两个物体之间的引力来。可是他失败了。他还发现，一般的物体之间的引力非常非常微小，以至根本测量不出来。牛顿失望了，他也曾当众宣布：想利用测量引力来计算地球质量的努力将是徒劳的。牛顿去世以后，还有一些科学家继续研究这个问题。1750年，法国科学家布格尔来到南美洲的厄瓜多尔，他爬上了陡峭的琴玻拉错山顶，沿着悬崖吊下一根垂线，线的下面拴着一个铅球。他想先测量出垂线因受到山的引力而偏离的距离，再根据山的密度和体积算出山的质量，进一步求出“万有引力常数”来。可是，由于引力实在太小了，铅垂线偏离的距离几乎量不出来，即使量出来也很不精确，实验仍然没有成功。 一次又一次实验的失败，使称量地球成了无法攻克的著名难题，一个物理学上的禁区。 引力被“放大”了 在攀登科学高峰的崎岖的小路上，有的人摔倒了，有的人退缩了。但也有人在勇敢地继续向上攀登，卡文迪就是其中的一个。 从十几岁开始，卡文迪就开始研究这个问题，他仔细分析了前人失败的原因，认为主要是由于实验方法既不方便，由很不精确。他决心设计出一种新的实验。1750年的一天，卡文迪许听到一个消息，剑桥大学有位名叫约翰·米歇尔的科学家，他在研究磁力的时候，使用了一种巧妙的方法，可以观察到很小的力的变化。卡文迪许立刻赶去向他请教。 米歇尔向卡文迪许介绍了实验的方法，他用一根石英丝把一块条形磁铁横吊起来，然后用另一块磁铁去吸引它，这时候石英丝就发生了扭转，磁引力的大小就清楚地看出来了。卡文迪许受到了很大启发。他想，能不能用这个方法测出两个物体之间的微弱引力呢？他一回到实验室，立刻仿制了一套装置：在一根细长杆的两端各安上一个小铅球，做成一个像哑铃似的东西；再用一根石英丝把这个“哑铃”横吊起来。他想，如果用两个大一些的铅球分别移近两个小铅球，由于铅球之间存在引力，“哑铃”一定会发生摆动，石英丝也会随着扭动。这时候，只要测出石英丝扭转的程度，就可以进一步求出引力从理论上分析，这个设想是成立的。可是卡文迪许实验了许多次，都没有成功。原因在哪里呢？还是由于引力实在太微弱了。现在我们知道，两个1千克重的铅球在相距10厘米的时候，它们之间的相互引力只有十亿分之一千克；这么微小的力，得需要多么精密的仪器才能测量出来呀，卡文迪许受到当时条件的限制，几乎完全靠肉眼观察来确定石英丝的变化，的确是太困难了卡文迪许陷入了长期的苦思。他想，在实验的时候，石英丝肯定发生了扭转，只是程度极其微小，不易觉察出来就是了。能不能把这肉眼发现不了的扭转加以放大，使它变得显著一些呢？ 科学上的重大发明，往往都离不开要设计出一种巧妙的研究方法。卡文迪许正是这样，他花了很长时间专心思考这个问题，可一直没有想出满意的方法。 这一天，他到皇家学会去开会。走在半路上，他看到几个小孩子，正在作一种有趣的游戏：他们每人手里拿着一面小镜子，用来反射太阳光，互相照着玩。小镜了只要稍一转动，远处光点的位置就发生很大变化。 “真有意思！”看着那些活泼的孩子，卡文迪许想。忽然有一个念头闪过他的脑海，他掉头跑回实验室，对自己的实验装置进行了一番革新。他把一面小镜子固定在石英丝上，用一束光线去照射它。光线被小镜子反射过来，射在一根刻度尺上。这样，只要石英丝有一点极小的扭动，反射光就会在刻度尺上明显地表示出来。扭动被放大了！实验的灵敏度大大提高了，这就是著名的“扭秤”实验法。 终于出了地球的质量 成功了！卡文迪许抑制住内心的兴奋，再接再厉，继续钻研。一直到1798年，他终于测出了“万有引力常数”的数值，并且进一步算出了地球的质量。这是一个大得令人吃惊的数字：5．976乘以10的24次方千克，也就是大约60万亿亿吨！不久太阳的质量也用相同的方法测量出来，是地球质量的33万倍，为2乘以10的30次方千克。测出地球质量以后，地球的平均密度就求出来了，为5．52克/立方厘米。可是地球表面密度仅为2．5—3克/立方厘米，这样就可以推算出地球中心的密度高达7—8克/立方厘米。

7. 卡文迪许扭秤装置

由亨利·卡文迪什于1797年-1798年完成.是第一个在实验室里完成的测量两个物体之间回万有引力的实验，并答且第一个准确地求出了万有引力常数和地球质量.其他人则通过他的实验结果求得了地球密度.
1797年卡文迪什完成了对地球密度的精确测量。他使用的装置是约翰·米切尔设计，但米切尔本人不久去世，将装置遗留给了沃拉斯顿，后被转送给卡文迪什。装置是由两个重达350磅的铅球和扭秤系统组成。为了消除气流干扰，卡文迪什将装置安装在一个不透风的房间，自己则在室外用望远镜观测扭矩的变化。之后他向皇家学会提交报告，给出了目前看来仍然比较精确的地球密度值。
而人们为纪念这位大科学家，特意为他树立了纪念碑。后来，他的后代亲属德文郡八世公爵S.C.卡文迪许将自己的一笔财产捐赠剑桥大学于1871年建成实验室.

因此卡文迪什是在1753年以后定居伦敦，自己购买书籍和实验仪器开办的实验室中完成扭秤实验.

8. 卡文迪许实验室的介绍

卡文迪许实验室是英国剑桥大学的物理实验室。卡文迪许实验室旧址入口实际上就是它的物理系。剑桥大学建于1209年，历史悠久，与牛津大学同为英国的最高学府。剑桥大学的卡文迪许实验室建于187l～1874年间，是当时剑桥大学的一位校长威廉·卡文迪许私人捐款兴建的。他是十八～十九世纪对物理学和化学做出过巨大贡献的科学家亨利·卡文迪许的近亲。这个实验室就取名卡文迪许实验室，当时用了捐款8450英镑，除去盖成一栋实验楼馆，还买了一些仪器设备。

9. 卡文迪许用什么装置测出万有引力常数

万有引力恒量是用什么方法测量的？
教师可用展示扭秤实验的图片并详细解释有关物理问题。（教学建议中有资料）
需要注意两个地方：
（1）两个1千克的物体间的万有引力很小，他是如何解决的？
（2）力很小读数如何解决de?
卡文迪许历时五十年测出了引力常量
英国物理科学家牛顿发现了万有引力定律之后．他就专门设计了好几个实验，想先测出两个物体之间的引力，然后来计算地球的质量．可是，因为一般物体之间的引力非常弱小，牛顿的实验都—一失败了．
牛顿去世后，还有一些科学家继续研究这个问题．其中以卡文迪许的实验最为成功。
1750年6月的一天，正在着手进行引力测量的卡文迪许，得到一个好消息：剑桥大学一名叫约翰米歇尔的科学家，在研究磁力的时候，使用了一种很巧妙的方法，测出了力的微小变化．卡文迪许立即赶去向他请教。
原来，米歇尔的实验装置是这样的：用一根很细的石英丝把一块条形磁铁横吊起来，然后用另一块磁铁慢慢去吸引它．当磁力开始产生作用的时候，石英丝便会发生偏转，这样，磁引力的大小就可清楚地显示出来了．
卡文迪许从中得到启发，也仿照米歇尔的办法，做了一套新的实验装置：用一根石英丝横吊着一根细杆，细杆的两端各安着一个小铅球，另外再用两只大球，分别移近两只小球．卡文迪许想，当大球与小球逐渐接近时，由于引力的作用，那两只吊着的小铅球必定会发生摆动，这样就可以测出引力的大小了
可是，这个实验失败了。卡文迪许陷入了沉思．他想，是不是因为两球之间的引力太小，肉眼观测不出来呢？能不能将它放大，变得明显一些呢？
后来，他终于找到一个十分巧妙的办法：在石英丝上安上一面小镜子，把一束光照射在镜面上，镜面又把光线反射到一根刻度尺上．这样，只要石英丝一旦有一点点极细微的扭动，镜面上的反射光就会在刻度尺上明显地表示出来，扭动被放大了．1798年，他终于测得两球间的引力，求出了“引力常量”的数值，从而算出地球的质量为 kg，相当于60亿亿吨！
为了推算地球的质量，卡文迪许几乎耗尽了毕生的精力，前后花了五十年时间．当他求得这个数值的时候，他已经是一个六十七岁的老人了．

10. 卡文迪许扭秤的实验由来

牛顿认为公式中的引力常数G是普适常数，不受物体的形状、大小、地点和温度等因素
影响引力常数的准确测定对验证万有引力定律将提供直接的证据。英国物理学家卡文迪许（H.Cavendish 1731-1810）根据牛顿提出的直接测量两个物体间的引力的想法,采用扭秤法第一个准确地测定了引力常数。
卡文迪许实验所用的扭秤是英国皇家学会的米歇尔神父制作的。米歇尔制作扭秤的目的是为了测定地球的密度，并与卡文迪许讨论过这一问题。但是，米歇尔还未用它来进行测定，便去世了。米歇尔去世后，这架仪器几经辗转传到了剑桥大学杰可逊讲座教授沃莱斯顿神父手里，他又慷慨地赠送给了卡文迪许，这时卡文迪许已是年近古稀的老人了。卡文迪许首先根据自己实验的需要对米歇尔制作的扭秤进行的分析，他认为有些部件没有达到他所希望的方便程度，为此，卡文迪许重新制作了绝大部分部件，并对原装置进行了一些改动。卡文迪许认为大铅球对小铅球的引力是极其微小的，任何一个极小的干扰力就会使实验失败。他发现最难以防止的干扰力来自冷热变化和空气的流动。为了排除误差来源，卡文迪许把整个仪器安置在一个关闭房间里，通过望远镜从室外观察扭秤臂杆的移动。扭秤的主要部分是一个轻而坚固的T形架，倒挂在一根金属丝的下端。T形架水平部分的的两端各装一个质量是m的小球，T形架的竖直部分装一面小平面镜M，它能把射来的光线反射到刻度尺上，这样就能比较精确地测量金属丝地扭转。实验时，把两个质量都是m'的大球放在如图所示的位置，它们跟小球的距离相等。由于m受到m'的吸引，T形架受到力矩作用而转动，使金属丝发生扭转，产生相反的扭转力矩，阻碍T形架转动。当这两个力矩平衡时，T形架停下来不动。这时金属丝扭转的角度可以从小镜M反射的光点在刻度尺上移动的距离求出，再根据金属丝的扭转力矩跟扭转角度的关系，就可以算出这时的扭转力矩，进而求得m与m'的引力F。他利用扭秤进行了一系列十分仔细的测量，测得引力常量G=6.754×10-11m3kg-1s2，与目前的公认值只差百分之一，在此后得89年间竟无人超过他的测量精度。 卡文迪许完成了这一重要常数的测定两年之后就与世长辞了。这一成果也就成了卡文迪许用毕生精力进行科学研究的终结和最后的献礼。