研究地球引力实验方法和实验材料

⑴ 引力常量是怎么测出来的（详细过程）

因为库仑扭力计的发明，给英国科学家卡文迪西 (Cavendish, 1731~1810) 很好的启示，解决了困扰他几十年的问题，终于在1798年实验成功把地球的质量给量出来了。()

地球那么大，当然不可能发明一个秤把地球整个拿来秤，那卡文迪西究竟是怎么秤出地球的重量呢？

牛顿提出万有引力定律之后，他和当时的许多科学家都发现，利用万有引力的公式，可以求出地球的质量来。

在这以前，已经有科学家提出过一种计算地球重量的办法。

因为由地球半径可以算出地球的体积是 1.08×1021立方米，若知道地球的密度，利用‘质量＝密度×体积’，就可以算出地球的质量。 这个想法看上去是很容易的，可是实际上却行不通。因为科学家们发现，构成地球的各部份物质的密度不同，在整个地球中所占的比例也不一样，因此根本无法准确知道整个地球的平均密度是多少。所以，当时曾有一些科学家断言，人类永远无法知道地球的重量。

牛顿发现万有引定律后，使这个称地球重量的工作重新获得了一线希望。

首先，牛顿分析了以下几个数值：一个是地球对一个已知质量的吸引力，它实际上就是物体受到的重力，这很容易测得；一个是地球和物体之间的距离，这可以用地球的半径近似代替；另一个关键的数值是万有引力常量G，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。(原来牛顿先生并不知道G值的大小，那么，G值是谁测量出来的呢？)

为了直接测出两个物体之间的引力，牛顿精心设计了好几个实验，但是一般物体之间的引力非常微小，在实验上根本测量不出来。

后来牛顿不得不失望地表示：想利用引力来计算地球质量，将永远得不到结果。

牛顿在1727年去世以后，有一些科学家仍然继续研究这个问题。

1750年，法国科学家布格尔(Pierre Bouguer,1698~1758)千里迢迢来到了南美洲的厄瓜多爾尔尔，他爬上了陡峭的肯坡拉索(Chimborazo山顶，沿着悬崖垂下一根长线，线的下端拴着一个铅球。

他想先测量出垂线下的铅球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，进而求出万有引力常量G来。可是，由于引力实在太小了，铅垂线偏离的距离几乎测量不出来，即使测出来也很不精确，布格尔的实验仍然没有成功。(请参见‘沈慧君、郭奕玲编着：经典物理发展中的着名实验，凡异出版社，p57~80 (引力常量的测定) ’)

世界上第一次成功地“称”出地球重量地人是英国物理学家卡文迪西 (Cavendish, 1731~1810)，他是怎么成功的？

卡文迪西在科学界颇有“怪人”的名气。他是英国几代大官僚的后裔，家庭非常富有，可是他穿着陈旧，不修边幅，几乎没有一件衣服是不掉扣子的。他在自己家里建立了实验室和图书馆，虽然他穿着没有条理，图书馆他却整理得井井有序，大量的图书都分门别类编上号码，无论是谁借阅，甚至是自己阅读，都要登记。

卡文迪西还在大学读书的时候，就对“称”出地球的重量这个问题发生了兴趣。

他仔细分析了前人失败的原因，认为主要是实验方法不科学，要想在这个问题上取得突破，必须采取新的实验方法。

1750年，剑桥大学有位名叫约翰·米歇尔的教授，他在研究磁力的时候，使用了一种巧妙的方法，可以观察到很弱小的力的变化。卡文迪西得到这个消息后，立即上门请教。

米歇尔教授向年轻的卡文迪西介绍了实验的方法。他用一根石英丝把一块条型磁铁横吊起来，然后用力一块磁铁去吸引它，这时后石英丝就发生了扭转，磁引力的大小就清楚的看出来了。卡文迪西从这里受到了很大启发，他想，能不能用这个方法测出两个物体间的微弱引力呢？

从米歇尔那里回来后不久，卡文迪西仿制了一套装置：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”从中间横吊起来。他想，如果用两个大一些的铅球分别移近两个小铅球，根据万有引力定律，“哑铃”一会在引力的作用下发生摆动，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了。(请参见‘沈慧君、郭奕玲编着：经典物理发展中的着名实验，凡异出版社，p57~80 (引力常量的测定) ’)

这个推论在理论上是成立的，可是卡文迪西实验了许多次，都没有成功。

原因在哪里呢？还是由于引力太微弱了，比如两个一公斤重的铅球，当它们相距十厘米时，相互之间的引力只有百万分之一克，即使是空气中的尘埃，也能干扰测量的准确度。因此，在当时的条件下，完全靠肉眼来观察确定石英丝的微小变化，实验难免会失败。

时间就这么不知不觉地过去了几十年。

1785年，库仑提出库仑定律(注1)。因为库仑扭力计的发明，给卡文迪西 (Cavendish, 1731~1810) 很好的启示，但是，用库仑的方法，还是测不出万有引力，因为万有引力比电力小了将近40次方，仪器要更更更精密才行哪！

卡文迪西苦思冥想，怎样能把石英丝的微小扭转加以放大的方法？但一直都没有结果。

直到1798年的一天，卡文迪西到皇家学会去参加一个会议。走在半路上，他看到几个小孩子，正在做一种有趣的游戏：

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。小镜子只要稍一转动，远处光点的位置就有很大的变化。

看到这里，忽然一个念头闪过他的脑海，他联想起了石英丝扭转放大的问题，借助小镜子不是正好可以使其得到解决吗？他抑制不住自己激动的心情，掉头跑回实验室，重新改进了实验装置。他把一面小镜子固定在石英丝上，用一束光线去照射它，光线被小镜子反射以后，射在一根刻度尺上。这样，只要石英丝有一点极小的扭转，反射光就会在刻度尺上明显地表示出来。卡文迪西把这套装置叫做“扭秤”。

扭秤有很高的灵敏度，利用这套装置，卡文迪西终于成功地测得万有引力常量G是(6.754±0.041)×10-8 达因·厘米2 /克2 ，这个值同现代值(6.6732±0.0031)×10-8 达因·厘米2 /克2 相差无几。根据引力常量，卡文迪西进一步算出了地球的重量是5.976×1024 公斤。

卡文迪西从十几岁读大学时开始提出这个问题，直到1798年用实验方法“称”出了地球的重量，整整五十年。距离牛顿提出万有引力定律约100年。

⑵ 牛顿发现地球有引力的全过程

地心引力一切有质量的物体之间产生的互相吸引的作用力。地球对其他物体的这种作用力，叫做地心引力。其他物体所受到的地心引力方向向着地心。这是由于地球自转造成的.地球自转会产生一个叫地转偏向立的力.在北半球它使物体在运动时方向想右偏;在南半球它使物体运动是方向向左偏.所以在北半球是逆时针,在南半球的话就是顺时针. 根据牛顿的万有引力定律，任何有质量的两种物质之间都有引力。 地球本身有相当大的质量，所以也会对地球周围的任何物体表现出引力。拿一个杯子举例，地球随时对杯子表现出引力，杯子也对地球表现出引力。地球的质量太大了，对杯子的引力也就非常大，所以，就把杯子吸引过去了，方向，就是向着地球中心的方向，这个力就是地心引力。 重力并不等于地球对物体的引力。由于地球本身的自转，除了两极以外，地面上其他地点的物体，都随着地球一起，围绕地轴做匀速圆周运动，这就需要有垂直指向地轴的向心力，这个向心力只能由地球对物体的引力来提供，我们可以把地球对物体的引力分解为两个分力，一个分力F1，方向指向地轴，大小等于物体绕地轴做匀速圆周运动所需的向心力；另一个分力G就是物体所受的重力(图示)其中F1=mw2r(w为地球自转角速度，r为物体旋转半径)，可见F1的大小在两极为零，随纬度减少而增加，在赤道地区为最大F1max。因物体的向心力是很小的，所以在一般情况下，可以认为物体的重力大小就是万有引力的大小，即在一般情况下可以略去地球转动的效果。地心引力的发现1643年1月4日，在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里，牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人，并且竟活到了84岁的高龄。牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外祖母身边抚养。11岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言，性格倔强，这种习性可能来自它的家庭处境。大约从五岁开始，牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但他喜欢读书，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物，并从中受到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。传说小牛顿把风车的机械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上，然后在轮子的前面放上一粒玉米，刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不断的跑动，于是轮子不停的转动；又一次他放风筝时，在绳子上悬挂着小灯，夜间村人看去惊疑是彗星出现；他还制造了一个小水钟。每天早晨，小水钟会自动滴水到他的脸上，催他起床。他还喜欢绘画、雕刻，尤其喜欢刻日晷，家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷，用以验看日影的移动。牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，但牛顿本人却无意于此，而酷爱读书。随着年岁的增大，牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时，曾经寄宿在一位药剂师家里，使他受到了化学试验的熏陶。牛顿在中学时代学习成绩并不出众，只是爱好读书，对自然现象由好奇心，例如颜色、日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记，又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。当时英国社会渗透基督教新思想，牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚，这可能影响牛顿晚年的宗教生活。从这些平凡的环境和活动中，还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童。后来迫于生活，母亲让牛顿停学在家务农，赡养家庭。但牛顿一有机会便埋首书卷，以至经常忘了干活。每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经时，他便恳求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看书。有一次，牛顿的舅父起了疑心，就跟踪牛顿上市镇去，发现他的外甥伸着腿，躺在草地上，正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父，于是舅父劝服了母亲让牛顿复学，并鼓励牛顿上大学读书。牛顿又重新回到了学校，如饥似渴地汲取着书本上的营养。据说有一次，他去郊外游玩，之后靠在一棵苹果树下休息，忽然，一个苹果从树上掉下来。他觉得很奇怪，为什么苹果会从上往下掉而不是从下往上升？他带着这个疑问回到了家里研究，后来他通过论证发现原来地球是有引力的能把物体吸住。随后，就出现了《牛顿物理引力学》。

⑶ 牛顿是做什么试验来证明地心引力

在乡间的那段期间，牛顿更创立了积分的方法，并将之广泛应用在物理和几何学上。有一夜，牛顿坐在乡间的一棵苹果树下沉思。忽然一个苹果掉落到地上。于是他发现所有的东西一旦失去支撑必然会坠下，继而他发现任何两物体之间都存在着吸引力，而这引力更与距离的平方成反比，总结出万有引力定律。可是，由于牛顿的性格孤僻及固执，他在二十年后才发表这理论。另外，牛顿亦在伽利略等人工作的基础上进行了深入研究和大量的实验，最后总结出三大邉佣�桑�于�私浀淞�W的基础。牛顿成了经典物理学的创始人 .

牛顿发现万有引力
熊丽弘 发表于 2006-3-23 18:07:00

牛顿发现万有引力

伊萨克·牛顿，是17世纪人类最伟大的科学家，他是人类历史上屈指可数的几个科学巨人之一。他在物理学、数学和天文学方面的贡献，都是划时代的。

1642年12月25日，牛顿出生在英国一个叫乌尔斯索普的小村子里，刚出生时极度衰弱，几乎夭折。牛顿自幼丧父，与母相依为命。1661年，他进入剑桥大学的三一学院学习。

1665至1667年间，牛顿已在思考引力的问题。一天傍晚，他坐在苹果树下乘凉，一个苹果从树上掉了下来。他忽然想到：为什么苹果只向地面落，而不向天上飞呢？他分析了哥白尼的日心说和开普勒的三定律，进而思考：行星为何绕着太阳而不脱离？行星速度为何距太阳近就快，远就慢？离太阳越远的行星，为何运行周期就越长？牛顿认为它们的根本原因是太阳具有巨大无比的吸引力。

经过一系列的实验、观测和演算，牛顿发现太阳的引力与它巨大的质量密切相关。牛顿进而揭示了宇宙的普遍规律：凡物体都有吸引力；质量越大，吸引力也越大；间距越大，吸引力就越小。这就是经典力学中着名的“万有引力定律”。

根据牛顿的发现，可测定太阳和行星的质量，确定计算慧星轨道的法则，说明月亮和太阳的引力造成地球上的海洋潮汐现象，并推导出克服地球引力、飞向太阳系和飞出太阳系所需的最低速度，它们分别为每秒7.9千米、11.2千米和16.6千米，并依次命名为第一、第二和第三宇宙速度。牛顿不但验证了前辈们的成果，而且为未来空间运载工具的最低推力或速度下限值，提供了精确而权威的科学依据。

牛顿将其一生的成就写在《自然哲学与数学原理》一书中。他发现了物体运动的三大定律，创立了微积分数学。他后来在谈到自己所取得的成就时说：“如果我比其他人看得远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。”

1727年3月20日凌晨，牛顿于久病不医中去世。据说在生命即将停止的时候，他的心情是坦荡而平静的。英国诗人波普为他写的碑铭说：“自然和自然的规律，都藏在黑暗的夜间；人帝说‘让牛顿降生’，使一切变得灿烂光明

⑷ 在地球上怎么实现与火星相当的引力实验

在地球上实现与火星相当的引力实验，一般来讲就是通过一些技术设备改变地球的引力，从而达到火星的引力水平。

⑸ 英国物理学家卡文迪许测引力常量G的实验是怎么做的

1750年，剑桥大学有位名叫约翰·米歇尔的教授，他在研究磁力的时候，使用了一种巧妙的方法，可以观察到很弱小的力的变化。卡文迪西得到这个消息后，立即上门请教。 米歇尔教授向年轻的卡文迪西介绍了实验的方法。他用一根石英丝把一块条型磁铁横吊起来，然后用力一块磁铁去吸引它，这时后石英丝就发生了扭转，磁引力的大小就清楚的看出来了。卡文迪西从这里受到了很大启发，他想，能不能用这个方法测出两个物体间的微弱引力呢？ 从米歇尔那里回来后不久，卡文迪西仿制了一套装置：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”从中间横吊起来。他想，如果用两个大一些的铅球分别移近两个小铅球，根据万有引力定律，“哑铃”一会在引力的作用下发生摆动，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了。(请参见‘沈慧君、郭奕玲编着：经典物理发展中的着名实验，凡异出版社，p57~80 (引力常量的测定) ’) 这个推论在理论上是成立的，可是卡文迪西实验了许多次，都没有成功。 原因在哪里呢？还是由于引力太微弱了，比如两个一公斤重的铅球，当它们相距十厘米时，相互之间的引力只有百万分之一克，即使是空气中的尘埃，也能干扰测量的准确度。因此，在当时的条件下，完全靠肉眼来观察确定石英丝的微小变化，实验难免会失败。 时间就这么不知不觉地过去了几十年。 1785年，库仑提出库仑定律(注1)。因为库仑扭力计的发明，给卡文迪西 (Cavendish, 1731~1810) 很好的启示，但是，用库仑的方法，还是测不出万有引力，因为万有引力比电力小了将近40次方，仪器要更更更精密才行哪！ 卡文迪西苦思冥想，怎样能把石英丝的微小扭转加以放大的方法？但一直都没有结果。 直到1798年的一天，卡文迪西到皇家学会去参加一个会议。走在半路上，他看到几个小孩子，正在做一种有趣的游戏： 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。小镜子只要稍一转动，远处光点的位置就有很大的变化。 看到这里，忽然一个念头闪过他的脑海，他联想起了石英丝扭转放大的问题，借助小镜子不是正好可以使其得到解决吗？他抑制不住自己激动的心情，掉头跑回实验室，重新改进了实验装置。他把一面小镜子固定在石英丝上，用一束光线去照射它，光线被小镜子反射以后，射在一根刻度尺上。这样，只要石英丝有一点极小的扭转，反射光就会在刻度尺上明显地表示出来。卡文迪西把这套装置叫做“扭秤”。 扭秤有很高的灵敏度，利用这套装置，卡文迪西终于成功地测得万有引力常量G是(6.754±0.041)×10-8 达因·厘米2 /克2 ，这个值同现代值(6.6732±0.0031)×10-8 达因·厘米2 /克2 相差无几。根据引力常量，卡文迪西进一步算出了地球的重量是5.976×1024 公斤。 卡文迪西从十几岁读大学时开始提出这个问题，直到1798年用实验方法“称”出了地球的重量，整整五十年。距离牛顿提出万有引力定律约100年

⑹ 如何用简单的方法来模拟引力（地球的引力）

用一根细线拴一块橡皮，如图所示，甩起来，使橡皮绕手做圆周运动。橡皮需要用线拉住，才不会跑掉。
【提示想一想】月亮在不停地绕着地球旋转，是不是地球上有力在牵着月球呢？

希望帮助到你，若有疑问，可以追问~~~
祝你学习进步，更上一层楼！(*^__^*)

附图如下：

⑺ “万有引力”的测量方法

万有引力常数G的精确测量不仅对于弄清引力相互作用的性质非常关键，而且对于理论物理学、地球物理、天文学、宇宙学以及精确测量等都具有重要的理论意义与现实意义。令人遗憾的是，G是历史上最早被认识和测量的物理常数，但它的精度至今仍是最差的。自卡文迪许（Cavendish）1798年采用精密扭秤取得历史上第一个较为精确的万有引力常数G测量值以来，人们在这一领域内做出了艰苦卓绝的努力，将不断发展的近代科学技术与巧妙的实验设计相结合，力求得到精确可靠的结果。但两百年来G的测量精度提高不到两个数量级。近三十年来，尽管大部分实验者都认为自己的测G实验达到了10-4数量级的相对精度，但事实上他们之间测量结果的吻合度仅达到10-3数量级。因而万有引力常数G的精确测量作为一个热点和难点为各国科学家所关注，并投入大量人力和物力进行精确测量。

目前测G的方法大致可分为地球物理测量、实验室测量和空间测量等三大类。地球物理学方法引力效应明显，但实验的精度比较低。空间测量方法面临着很多新的技术难题，目前仍在探索之中。实验室内测量是目前获得高精度G值的主要手段，常用工具是精密扭秤。采用扭秤测量引力常数G有以下方法：直接倾斜法、共振法和周期法等。其中扭秤周期法是采用得最多并且测量结果较为理想的方法之一，其基本原理是当扭秤周围放置吸引质量之后其运动周期要产生相应的变化。实验室内测量引力常数G是一项艰巨而又困难的系统工作，实验精度的提高主要受到以下四个方面因素的制约：引力相互作用十分微弱；引力作用不可屏蔽；质量、长度以及时间的绝对测量；引力常数G的独立性等。

该论文采用扭秤周期法对万有引力常数G进行绝对测量，系统地研究了扭秤的特性和系统误差，同时对实验环境背景进行同步监测，从而确保了实验精度。其创新之处在于采用了长周期、高Q值扭秤并使之在一个恒温、隔振以及外界引力干扰相对较小的环境下工作，从而克服了扭丝滞弹性和热弹性对测G的影响。具体内容如下：

A．扭秤系统误差研究

从理论和实验两方面弄清楚扭秤系统的各种误差来源，对于提高扭秤的实验精度具有重要意义。我们在扭秤系统误差研究方面取得了一系列重要结果：1）扭秤系统的检验质量和吸引质量之间存在最佳配置，采用这种配置可降低源于吸引质量的非线性效应，从而使扭秤可在较大振幅下运行，提高系统的信噪比（Phys.Lett.A,238,1998：337）；2）在扭秤运动的暂态进行测量，而不是在扭秤的平衡态进行测量可获得更高的实验精度（Phys.Lett.A,238,1998：341）；3）理论分析和实验研究表明，当扭秤在10-2弧度下工作时，扭秤悬丝的非线性效应对测G的影响不到1 ppm，因而可以忽略不计。这一结论消除了人们对扭丝非线性效应的担心（Phys.Lett.A,264,1999：112）；4) 理论分析和实验研究表明，扭秤系统的品质因数Q值随其振幅的增加而衰减，这一结论对减小滞弹性对测G的影响具有重要的指导意义（Phys.Lett.A, 268,2000：255）（5）理论分析和实验研究表明，环境温度的变化极大地影响扭秤悬丝的扭转系数k，对于实验中常用的钨丝而言，其温度系数。即当环境温度变化 时，带给测G的误差将高达165 ppm（Rev.Sci.Instrum. 71, 2000：1524 ）。扭丝的这一热弹性效应的研究结果表明，以往很多的测G的结果值得怀疑，并且我们可以利用它对目前测G结果不吻合的现象作出合理的解释。

B. 超长周期信号的基频拟合方法研究

扭秤的周期一般从几分钟到1个小时以上，这是因为周期越长，灵敏度越高。但长周期扭秤的基频拟合却是一件非常困难的事情。传统的FFT （快速傅氏变换）和All-Poles（极值点）方法由于其原理上的限制，为了达到10-5的相对拟合精度，需要N=105个周期的实验测量数据。如果扭秤周期为1个小时，实验数据长度为15年，显然这是不现实的。目前比较常用的是所谓的非线性拟合，例如对于正弦信号采用目标函数进行最小二乘法拟合。这一方法对频率 的拟合精度取决于振幅 和相位的拟合精度。为了得到最小的整体方差，三个参量的方差必须保持平衡。由于我们仅对频率的拟合精度感兴趣，因而可牺牲其它参量的拟合精度，从而获得高精度的频率拟合。利用这一思想，我们提出了周期拟合法（Period-Fitting Method）。计算机模拟和实验数据的具体应用结果表明，该方法对含有十几个周期的低频信号（周期长达1小时）的数据拟合精度可达到10-7以上，从而很好地解决了长周期扭秤的基频精确拟合的难题。该方法可广泛应用于需要确定超低频信号基频的领域（Rev.Sci. Instrum., V70,1999：4412）。

C. 折叠摆倾斜仪的研究

为了对测G实验环境的地倾斜固体潮背景进行同步检测，我们将用于激光引力波检测实验中的水平隔振技术用于地倾斜固体潮的研究，成功地研制了折叠摆倾斜仪。其基本思想是将一个正摆和一个倒摆巧妙地连接在一起，以减小整个摆系的回复系数，从而获得极低的运动频率（长周期）。我们研制的折叠摆的周期长达 60秒以上，等效的单摆长度达到1公里以上。利用折叠摆进行地倾斜固体潮观测的实验结果表明，折叠摆的灵敏度已达到3.5 10-9弧度（Phys.Lett.A, 256, 1999:132）。这一结果明显优于常用的水管倾斜仪和水平摆倾斜仪。此外，折叠摆也可以作为高精度的拾震器，利用它可对地震尤其是地震前的临震异常信号进行监测，我们已利用折叠摆检测到许多地震及其前兆信号。关于折叠摆倾斜仪的发明专利申请已获得国家专利局的批准（专利号：ZL951148222）。

D. 精密温度传感系统研究

在测G扭秤实验中，微小的环境温度变化将直接影响实验结果。为了对实验环境的温度场进行同步监测，我们研制出高精度的微小温度变化测量系统。其基本原理是利用两重不同材料的热膨胀特性的不同去探测微小温度的变化。我们研制的温度监测系统的分辨本领达到0.0001 oC，从而解决了实验环境背景温度场监测的难题，该技术还可应用于其它许多领域（Rev.Sci.Instrum.,68,1997:565）。

E. 超低频隔振系统研究

由于引力相互作用十分微弱，外界振动对测G实验的干扰必须进行隔离，而且隔振系统的频率越低，隔振效果也就越好。我们首次提出准静止参照系的概念，并实施了基于准静止参照系主动阻尼的新隔振方法。设计并制作了超低频的垂直扭杆弹簧系统，其固有周期达20秒，在6Hz上系统隔振率超过3个量级。将其作为准静止参照系，成功地实现了对一大型隔振系统进行主动阻尼，其隔振性能比传统隔振方法好一个数量级以上（Rev.Sci.Instrum. 69,1998:2781; Phys,Lett.A,253,1999:1）。

独特的实验设计（长周期、高Q值），优越的实验环境（安静、恒温、隔振），扭秤仪器系统误差的深入细致研究，加上背景环境的同步监测，确保了实验精度。我们最终测得G为(6.6699 0.0007) 10-11 m3kg-1s-2，其相对精度达到105 ppm，该结果发表在美国的Phys. Rev. D（《物理评论D》）上。这不仅是我国至今为止的第一个高精度G值，而且也是目前国际上几个最好的测量值之一，并于1998年被国际物理学基本常数委员会推荐的CODATA值采用
参考资料：http://www.cdgdc.e.cn/yxbslw/pxjg/2002/luojun.htm