引力常量的測定用了什麼實驗方法

① 關於萬有引力中的引力常量G是通過怎麼樣的實驗得出的大概是什麼樣的步驟

引力常量G是由卡文迪許扭秤實驗測出的。

卡文迪許用兩個質量一樣的鉛球分別放在扭秤的兩端。扭秤中間用一根韌性很好的鋼絲系在支架上，鋼絲上有個小鏡子。用準直的細光束照射鏡子，細光束反射到一個很遠的地方，標記下此時細光束所在的點。

用兩個質量一樣的鉛球同時分別吸引扭秤上的兩個鉛球。由於萬有引力作用。扭秤微微偏轉。但細光束所反射的遠點卻移動了較大的距離。他用此計算出了萬有引力公式中的常數G。

② 卡文迪許用扭秤測量引力常量的實驗是怎樣的

在物理學發展的前期，人們對微弱作用的測量感到困難，因為這些微弱的作用人們通常都感覺不到。後來，物理學家們想到了懸絲，要把一根絲拉斷需要較大的力，而要使一根懸絲扭轉，有一個很小的力就可以做到了。根據這個設想，法國物理學家庫侖和英國的科學怪傑卡文迪許於1785年和1789年分別獨立地發明了扭秤。扭秤實驗可以測量微弱的作用，關鍵在於它把微弱的作用效果經過了兩次放大：一方面微小的力通過較長的力臂可以產生較大的力矩，使懸絲產生一定角度的扭轉；另一方面在懸絲上固定一平面鏡，它可以把入射光線反射到距離平面鏡較遠的刻度尺上，從反射光線射到刻度尺上的光點的移動，就可以把懸絲的微小扭轉顯現出來。
1 庫侖定律的發現
法國物理學家庫侖於1785年利用他發明的扭秤實驗，測定了電荷之間的作用力。扭秤如圖1所示。庫侖在實驗中發現靜電力與距離平方成反比，同時他也認識到了靜電力與電量的乘積成正比，從而得到了完整的庫侖定律。庫侖定律第一次打開了電的數學理論的大門，使靜電學進入了定量研究的新階段，也為泊松等人發展電學理論奠定了基礎。庫侖還曾用扭秤證明了地磁場對磁針有力矩的作用，力矩大小與磁針對子午線偏斜角的正弦成正比，這構成了磁矩概念的基礎。

2 驗證萬有引力定律，測定引力常量
英國科學怪傑卡文迪許於1789年用他發明的扭秤，驗證了牛頓的萬有引力定律的正確性，並測出了引力常量，扭秤如圖2所示。卡文迪許的實驗結果跟現代測量結果是很接近的，它使得萬有引力定律有了真正的實用價值，卡文迪許也被人們稱為第一個逗能稱出地球質量的人地。

③ 引力常量測定的原理

英國物理學家卡文迪許於1789年測量引力常量時發明的物理儀器
原理利用了兩次放大
1，盡可能地增大了T型架連接兩球的長度使兩球間萬有引力產生較大的力矩，使桿偏轉
2，盡力的增大弧度尺與系統的距離使小鏡子的反射光在弧線上轉動了較大角度
引力常量G=6.67*10^-11
演示卡文迪許扭秤實驗
1789年，英國物理學 家卡文迪許(H.Cavendish）利用扭秤，成功地測出了引力常量的數值，證明了萬有引力定律的正確。 卡文迪許解決問題的思路是，將不易觀察的微小變化量，轉化為容易觀察的顯著變化量，再根據顯著變化量與微小量的關系算出微小的變化量
實驗原理
卡文迪許用一個質量大的鐵球和一個質量小的鐵球分別放在扭秤的兩端。扭秤中間用一根韌性很好的鋼絲系在支架上，鋼絲上有個小鏡子。用激光照射鏡子，激光反射到一個很遠的地方，標記下此時激光所在的點。
用兩個質量一樣的鐵球同時分別吸引扭秤上的兩個鐵球。由於萬有引力作用。扭秤微微偏轉。但激光所反射的遠點卻移動了較大的距離。他用此計算出了萬有引力公式中的常數G。
此實驗的巧妙之處在於將微弱的力的作用進行了放大。
尤其是光的反射的利用

④ 物理學家卡文迪許是怎樣測量出引力常量G的

他根據牛頓萬有引力定律，製造了一個形似啞鈴的裝置，並把它懸掛在細絲上；然後在「啞鈴」的兩端相隔一定距離，各放一個已知重量的大球，測量它們之間的吸引力，計算得出引力常數，求出地球的平均密度為5.5克/厘米 ，然後根據地球圓周長、直徑等參數計算出地球的體積為10830 億立方公里。密度和體積之積便是地球的重量，結果是66萬億億噸。這就是著名的「扭秤試驗」。

⑤ 引力常量G是卡文迪通過什麼實驗測出的

是扭秤實驗。
18世紀末，英國科學家亨利·卡文迪許決定要找出這個引力。他將小金屬球系在長為6英尺（1英尺等於0.3048米）木棒的兩邊並用金屬線懸吊起來，這個木棒就像啞鈴一樣。再將兩個350磅（1磅等於0.4536千克）的銅球放在相當近的地方，以產生足夠的引力讓啞鈴轉動，並扭轉金屬線。然後用自製的儀器測量出微小的轉動。測量結果驚人地准確，他測出了萬有引力恆量的參數，萬有引力常量約為G=6.67259x10^-11 (N·m^2 /kg^2)通常取G=6.67×10^-11（N·m^2/kg^2)，在此基礎上卡文迪什計算地球的密度和質量。卡文迪什的計算結果是地球的質量為6.0 x10^24kg．

⑥ 英國物理學家卡文迪許測引力常量G的實驗是怎麼做的

1750年，劍橋大學有位名叫約翰·米歇爾的教授，他在研究磁力的時候，使用了一種巧妙的方法，可以觀察到很弱小的力的變化。卡文迪西得到這個消息後，立即上門請教。 米歇爾教授向年輕的卡文迪西介紹了實驗的方法。他用一根石英絲把一塊條型磁鐵橫吊起來，然後用力一塊磁鐵去吸引它，這時後石英絲就發生了扭轉，磁引力的大小就清楚的看出來了。卡文迪西從這里受到了很大啟發，他想，能不能用這個方法測出兩個物體間的微弱引力呢？ 從米歇爾那裡回來後不久，卡文迪西仿製了一套裝置：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」從中間橫吊起來。他想，如果用兩個大一些的鉛球分別移近兩個小鉛球，根據萬有引力定律，「啞鈴」一會在引力的作用下發生擺動，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了。(請參見『沈慧君、郭奕玲編著：經典物理發展中的著名實驗，凡異出版社，p57~80 (引力常量的測定) 』) 這個推論在理論上是成立的，可是卡文迪西實驗了許多次，都沒有成功。 原因在哪裡呢？還是由於引力太微弱了，比如兩個一公斤重的鉛球，當它們相距十厘米時，相互之間的引力只有百萬分之一克，即使是空氣中的塵埃，也能幹擾測量的准確度。因此，在當時的條件下，完全靠肉眼來觀察確定石英絲的微小變化，實驗難免會失敗。 時間就這么不知不覺地過去了幾十年。 1785年，庫侖提出庫侖定律(注1)。因為庫侖扭力計的發明，給卡文迪西 (Cavendish, 1731~1810) 很好的啟示，但是，用庫侖的方法，還是測不出萬有引力，因為萬有引力比電力小了將近40次方，儀器要更更更精密才行哪！ 卡文迪西苦思冥想，怎樣能把石英絲的微小扭轉加以放大的方法？但一直都沒有結果。 直到1798年的一天，卡文迪西到皇家學會去參加一個會議。走在半路上，他看到幾個小孩子，正在做一種有趣的游戲： 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。小鏡子只要稍一轉動，遠處光點的位置就有很大的變化。 看到這里，忽然一個念頭閃過他的腦海，他聯想起了石英絲扭轉放大的問題，藉助小鏡子不是正好可以使其得到解決嗎？他抑制不住自己激動的心情，掉頭跑回實驗室，重新改進了實驗裝置。他把一面小鏡子固定在石英絲上，用一束光線去照射它，光線被小鏡子反射以後，射在一根刻度尺上。這樣，只要石英絲有一點極小的扭轉，反射光就會在刻度尺上明顯地表示出來。卡文迪西把這套裝置叫做「扭秤」。 扭秤有很高的靈敏度，利用這套裝置，卡文迪西終於成功地測得萬有引力常量G是(6.754±0.041)×10-8 達因·厘米2 /克2 ，這個值同現代值(6.6732±0.0031)×10-8 達因·厘米2 /克2 相差無幾。根據引力常量，卡文迪西進一步算出了地球的重量是5.976×1024 公斤。 卡文迪西從十幾歲讀大學時開始提出這個問題，直到1798年用實驗方法「稱」出了地球的重量，整整五十年。距離牛頓提出萬有引力定律約100年

⑦ 重力和引力的常量是怎麼測量的

萬有引力 的測量大致可分為地球物理學方法測量、空間測量、實驗室內測量等三大類. 地球物理學方法測量G 是利用大的自然物體(如形狀規則的山體、礦井和湖泊等)作為吸引質量。 該方法的主要優點是作為吸引質量的自然物體很大, 引力效應明顯. 但由於吸引質量的尺度、密度及其分布等都不能精確測量, 所以實驗的精度比較低. 隨著航天技術的發展, 人們期望在太空開展測G 實驗。 空間測量方法可以避免地面實驗室中遇到的兩大難題:一個是地面實驗環境中的附加背景引力場作用, 另一個是地面振動雜訊的干擾, 就目前的情況來看,空間測量G 的方法面臨著很多新的技術難題, 仍在探索之中.實驗室內測量萬有引力常數G 的常用工具是精密扭秤和天平。 與地球物理學方法相比, 精密扭秤的最大優點是將待測的檢驗質量與吸引質量之間的萬有引力相互作用置於與地球重力場方向正交的水平面內, 這樣就在實驗設計上極大地減少了重力及其波動的影響。 天平可以繞刀口在垂直面內上下傾斜以探垂直方向的引力作用。常用的測量方法有: 直接傾斜法、補償法、共振法、周期法和自由落體法等

⑧ 扭秤實驗測出引力常數的原理

牛頓發現了萬有引力定律，但引力常量G這個數值是多少，連他本人也不知道。按說只要測出兩個物體的質量，測出兩個物體間的距離，再測出物體間的引力，代入萬有引力定律，就可以測出這個常量。但因為一般物體的質量太小了，它們間的引力無法測出，而天體的質量太大了，又無法測出質量。所以，萬有引力定律發現了100多年，萬有引力常量仍沒有一個准確的結果，這個公式就仍然不能是一個完善的等式。直到100多年後，英國人卡文迪許利用扭秤，才巧妙地測出了這個常量。卡文迪許測出引力常量的實驗也被稱為測量地球重量的實驗。 引力常量測定這是一個卡文迪許扭秤的模型。這個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。============================================================================論文題目：萬有引力常數G的精確測量與扭秤特性研究

作者簡介：胡忠坤，男，1972年12月出生，1998年09月師從於華中科技大學羅俊教授，於2001年06月獲博士學位。

自從庫侖和卡文迪許首次將扭秤技術應用於靜電和萬有引力的測量以來，扭秤作為一種主要的弱力精密檢測工具被廣泛地應用於萬有引力和電磁力的精密測量等諸多研究領域。兩百年來扭秤實驗技術得到了不斷的發展與完善，並在引力實驗中發揮著主導作用。本論文在深入研究扭秤系統物理特性的基礎上發展了一套高靈敏度的精密扭秤實驗技術，並將其應用於萬有引力常數G的測量。

萬有引力常數G的精確測量不僅對於揭示引力相互作用的性質非常關鍵，而且對於理論物理學、地球物理學、天文學、宇宙學以及精密測量技術等領域的研究都具有重要的意義，因而得到理論和實驗工作者的廣泛關注。自Cavendish測出萬有引力常數的第一個實驗值以來，人們對此進行了大量的實驗研究，並給出了近300個G的測量結果。但令人遺憾的是，作為最早被認識和測量的物理基本常數，與其它基本常數相比，G的測量精度迄今為止是最差的。這是因為萬有引力相互作用十分微弱且不可屏蔽，而且涉及到質量、長度和時間等基本量的絕對測量，因此G的精確測量是一項艱巨而復雜的系統工作，它不僅需要好的物理思想和巧妙的實驗方案，而且也極力追求實驗檢測技術的極限。因而作為一個熱點和難點，萬有引力常數G的精確測量為各國科學家所關注。近三十年來，大多數實驗者都認為自己的測G實驗達到了10-4數量級的相對精度，但事實上他們的測量結果之間的吻合度僅達到10-3數量級。由於G的測量值之間不吻合，國際基本物理學常數委員會在1999年調整基本常數時，將G的推薦值的相對不確定度由CODATA-86的128 ppm(1ppm= )增加到CODATA-98的1500 ppm。這也使G成為此次基本常數更新中唯一不確定度下降的物理學基本常數。這些現象充分說明測G的艱巨性和重要性，同時也意味著存在未被認識的系統誤差。人們不禁要問：萬有引力常數G的絕對數值究竟是多大？為了回答這一問題，我選擇了萬有引力常數G的精確測量這一基礎研究課題，並希望能在基本物理學常數中寫入中國人自己測出的值。該課題得到國家自然科學創新研究群體、國家傑出青年科學基金、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金面上項目、國家科委九五攀登預研項目等7項課題資助。

圍繞萬有引力常數G的精確測量和精密扭秤特性研究，本文主要介紹以下四個方面的研究工作：

HUST—99扭秤周期法測G實驗。扭秤可以繞著懸絲在水平面內自由轉動，以探測作用於檢驗質量上水平方向的待測外力作用。作為一種高靈敏度的弱力檢測工具，精密扭秤已被廣泛應用於萬有引力和電磁力等弱力的精密測量以及材料特性研究等諸多研究領域。扭秤周期法測量引力常數 G 的原理為：通過比較作為檢驗質量的扭秤系統在吸引質量兩種不同引力場配置下的周期變化而測得G值。一根直徑25 長度為513mm的鎢絲懸掛兩32 g的銅球檢驗質量構成扭秤, 扭秤系統置於真空容器中，自由震盪周期為3484秒。當兩個6.25 kg 的圓柱體吸引質量置於一個檢驗質量兩側時，其周期增加到4441秒。我們實驗的創新之處在於採用了長周期高Q值扭秤，並使之在一個恆溫（日變化小於0.005 °C）環境下工作，從而克服了扭絲滯彈性和熱彈性對測G的影響。我們採用的非對稱扭秤可以使得較小的吸引質量產生較大的待測信號，但是這種設計使扭秤系統易受外界干擾的影響，同時也會增加扭秤運動的非線性效應，且對扭秤運動信號的周期擬合提出了更高要求。我們的實驗結果的相對精度達到105ppm，該測量結果被國際物理學基本常數委員會推薦的CODATA-98值所採用，並被命名為「HUST-99」。

扭秤系統周期擬合數據處理方法研究。在周期法測量引力常數G的實驗中，扭秤周期的測量精度直接影響G的測量精度。扭秤的周期一般從幾分鍾到小時量級，周期越長，靈敏度越高。但長周期的基頻高精度擬合是一件很困難的事，用傳統的傅氏變換、極值序列擬合和非線性最小二乘擬合等方法難以滿足實驗精度的要求。周期法測 G 實驗對扭秤運動的基頻的測量精度要求很高，而對振幅和位相等的測量精度要求相對較低。根據這一具體要求，本文提出了對扭秤運動周期的單參量直接基頻擬合。單參量直接基頻擬合的基本思想是只給出周期的最佳估計值，而對其他參量不作任何限制，即採用僅對信號周期敏感的方差作為判據，利用最小二乘原理給出周期的最可信賴值。理論分析和數值模擬表明該方法可有效克服周期法測 G 實驗中的主要干擾，即由於非線性效應而寄生的高次諧波振盪；由於阻尼的存在引起的扭秤運動振幅的衰減；由於扭絲的蠕變及實驗環境的變化而引起的扭秤靜平衡點的漂移等。單參量直接基頻擬合能高精度給出信號的周期，代價是犧牲了其它參量的測量精度。因為它未對其他參量作任何限制，換而言之給出了其他參量很大的變化范圍，從而有可能高精度地將周期限制在較小的范圍內，這類似於量子力學中的測不準原理。此外，單參量直接基頻擬合與非線性最小二乘擬合相結合，不僅可以解決餘弦函數類非線性擬合的線性化問題，同時還可以給出振幅和位相等其他參數的最佳估計值。
精密扭秤特性研究。目前各小組實驗測量的G值在其誤差范圍內不吻合，這一現象說明存在未被認識的系統誤差。為了解釋該現象，我們系統深入地研究了精密扭秤系統的非線性、熱彈性以及滯彈性等特性，並分析了它們對測G實驗的影響。精密扭秤實驗的精度依賴於扭絲彈性系數K的大小及其穩定性。為了減小精密扭秤實驗中的系統誤差，有必要深入研究K的常數性。我們的研究表明，在高精度扭秤實驗中不可忽略K與環境溫度、扭秤振動幅度及頻率等因素的相關性。我們對扭秤的非線性、熱彈性以及滯彈性等特性進行了實驗測量，同時分析了這些特性對精密扭秤實驗特別是周期法測G實驗的影響。實驗研究表明：當扭秤在10-2弧度下工作時，扭秤懸絲的非線性效應對測G的影響不到1 ppm；扭秤系統的品質因數Q值隨其振幅的增加而衰減；扭秤系統的檢驗質量和吸引質量之間存在最佳配置，採用這種配置可降低源於吸引質量的非線性效應；環境溫度的變化極大地影響扭秤懸絲的扭轉系數K，對於實驗中常用的鎢絲而言，其溫度系數為 ，即當環境溫度變化 時，由熱彈性引起測G的誤差將高達165 ppm；背景環境磁場的渦流耗散與磁場強度的平方成正比，地磁場對扭秤系統Q值的影響可以忽略。

10ppm測G實驗設計。在分析扭秤周期法測G傳統配置的基礎上，我們提出具有信號相互疊加而誤差相互補償特性的四吸引質量配置方案。四吸引質量配置存在降低檢驗質量間距測量精度要求的優化配置，與一般配置相比，該優化配置對檢驗質量間距的測量精度要求可降低約400倍。但這是以提高對吸引質量間距的測量精度的要求為代價：吸引質量間距0.2 的不確定度將對測值貢獻3ppm的相對誤差。為了高精度地測量吸引質量球間距，我們提出並實現了旋轉量塊法測量球間距，初步實驗精度達到0.5 。改進該測量系統可以將測量的精度提高到0.1 以內。在四吸引質量優化配置和旋轉量塊法測量球間距的基礎上，我們設計了10ppm測G實驗方案，初步實驗研究表明可以達到10ppm的實驗精度。

總之，本文圍繞萬有引力常數G的精確測量和精密扭秤特性研究，得到以下主要研究成果：研製長周期高Q值的扭秤，並應用扭秤周期法測量了萬有引力常數G，實驗結果為G=(6.6699±0.0007)�0�710-11 m3kg-1s-2，其相對精度達到105 ppm；在分析傳統周期擬合方法的基礎上，在國際上首次提出並實現了單參量直接基頻擬合方法，解決了扭秤周期的高精度提取；深入研究精密扭秤的非線性、熱彈性以及滯彈性等特性；在前期工作基礎上，本文最後給出了基於信號相互疊加而誤差相互補償的四吸引質量優化配置的周期法測G實驗方案，初步實驗研究表明該方案可以將G的測量精度提高到10ppm。

關鍵詞：引力實驗，萬有引力常數G，精密測量，扭秤特性，周期擬合

⑨ 英國物理學家卡文迪許測引力常量G的實驗是怎麼做的

原理利用了兩次放大
1，盡可能地增大了T型架連接兩球的長度使兩球間萬有引力產生較大的力矩，使桿偏轉
2，盡力的增大弧度尺與系統的距離使小鏡子的反射光在弧線上轉動了較大角度
引力常量G=6.67*10^-11
演示卡文迪許扭秤實驗
1789年，英國物理學 家卡文迪許(H.Cavendish）利用扭秤，成功地測出了引力常量的數值，證明了萬有引力定律的正確。 卡文迪許解決問題的思路是，將不易觀察的微小變化量，轉化為容易觀察的顯著變化量，再根據顯著變化量與微小量的關系算出微小的變化量實驗原理卡文迪許用一個質量大的鐵球和一個質量小的鐵球分別放在扭秤的兩端。扭秤中間用一根韌性很好的鋼絲系在支架上，鋼絲上有個小鏡子。用激光照射鏡子，激光反射到一個很遠的地方，標記下此時激光所在的點。
用兩個質量一樣的鐵球同時分別吸引扭秤上的兩個鐵球。由於萬有引力作用。扭秤微微偏轉。但激光所反射的遠點卻移動了較大的距離。他用此計算出了萬有引力公式中的常數G。
此實驗的巧妙之處在於將微弱的力的作用進行了放大。尤其是光的反射的利用

⑩ 引力常量是怎麼測出來的

應該強調的是，在牛頓得出行星對太陽的引力關系時，已經滲入了假定因素。

卡文迪許（Henry Cavendish)在對一些物體間的引力進行測量並算出引力常量G後，又測量了多種物體間的引力，所得結果與利用引力常量G按萬有引力定律計算所得的結果相同。

所以，引力常量的普適性成為萬有引力定律正確的見證。

這是一個卡文迪許扭秤的模型。這個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。先在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。

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。

(10)引力常量的測定用了什麼實驗方法擴展閱讀：

北京時間2018年8月30日凌晨，《自然》雜志刊發了中國科學院院士羅俊團隊最新測G結果，該團隊歷經30年艱辛測出了截至目前國際上最高精度的G值。

G值的測量原理早已十分明確，但測量過程卻異常繁瑣、復雜。在一種測量方法中，往往包含近百項的誤差需要評估。

本次實驗中，為了增加測量結果的可靠性，實驗團隊同時使用了兩種獨立的方法，分別是扭秤周期法和扭秤角加速度反饋法。