【卡文迪许扭秤实验的全过程】卡文迪许扭秤实验是历史上首次成功测量地球引力常数（G）的实验，由英国科学家亨利·卡文迪许于1798年完成。该实验不仅验证了牛顿的万有引力定律，还为后来的天体物理学和地球物理学奠定了基础。以下是对该实验全过程的总结。
一、实验背景与原理
在牛顿提出万有引力定律后，虽然理论已经成熟，但缺乏对引力常数G的精确测量。卡文迪许通过巧妙设计的实验装置，利用微小力的作用来测量引力大小，从而间接计算出G的值。
基本原理：
根据牛顿万有引力定律，两个质量分别为m₁和m₂的物体之间的引力F为：
$$
F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}
$$
卡文迪许通过测量两个已知质量之间的引力，结合扭转力矩的变化，推导出G的值。
二、实验装置与步骤
实验装置组成：
| 部件名称 | 功能说明 |
| 扭秤杆 | 一根轻质细杆，两端各悬挂一个质量较小的铅球 |
| 金属丝 | 用于悬挂扭秤杆，具有极小的扭转刚度 |
| 大质量铅球 | 两个大质量铅球，用于产生引力作用 |
| 光标与刻度尺 | 用于观察扭秤杆的微小转动 |
| 悬挂系统 | 支撑整个扭秤装置，减少外界干扰 |
实验步骤：
| 步骤 | 内容描述 |
| 1 | 将两个小质量铅球固定在扭秤杆的两端，并将扭秤杆悬挂在金属丝上 |
| 2 | 在扭秤杆附近放置两个大质量铅球，使其分别靠近小铅球 |
| 3 | 当大铅球靠近时，小铅球受到引力作用，导致扭秤杆发生微小旋转 |
| 4 | 利用光标和刻度尺测量扭秤杆的偏转角度 |
| 5 | 通过记录偏转角度和已知的质量、距离，计算引力大小 |
| 6 | 根据扭秤的扭转系数和受力情况，求解出引力常数G |
三、实验结果与意义
| 项目 | 数据/结论 |
| 测得的G值 | 约6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg² |
| 与现代值对比 | 误差小于1%，非常接近现代测量值 |
| 实验意义 | 首次准确测得G，验证了万有引力定律，为后续天体质量计算提供依据 |
四、实验特点与局限性
| 特点/局限性 | 描述 |
| 精度高 | 使用精密仪器和稳定环境，测量精度极高 |
| 装置复杂 | 需要高度稳定的实验室条件 |
| 受环境影响大 | 温度、气流等都会影响实验结果 |
| 无法直接测量G | 依赖于其他物理量的测量和计算 |
五、总结
卡文迪许扭秤实验是科学史上一次里程碑式的实验。它不仅证明了万有引力的存在，而且首次提供了引力常数G的数值。尽管实验设备简单，但其设计巧妙、方法严谨，为后世科学研究树立了典范。该实验至今仍被广泛用于教学和物理研究中，体现了经典物理实验的魅力与价值。
