【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万有引力定律，还为后续天体物理和地球物理学研究奠定了基础。以下是该实验的全过程总结。
一、实验背景与目的
在牛顿提出万有引力定律后，虽然理论已经建立，但缺乏实际测量引力常数G的手段。卡文迪许希望通过实验测定G的值，从而间接计算地球的质量。
二、实验原理
卡文迪许利用了牛顿的万有引力公式：
$$
F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}
$$
其中：
- $ F $ 是引力大小
- $ G $ 是引力常数
- $ m_1, m_2 $ 是两个物体的质量
- $ r $ 是两物体之间的距离
他通过一个精密的扭秤装置，测量小球之间微弱的引力作用所引起的扭转角。
三、实验装置与步骤
| 步骤 | 内容描述 |
| 1 | 卡文迪许设计了一个“扭秤”装置，包括一根细长的金属丝悬挂着一对小铅球，其两端各有一个小球。 |
| 2 | 在扭秤旁边放置两个大铅球，通过调节它们的位置，使它们对小球产生引力作用。 |
| 3 | 当大铅球靠近时，由于引力作用，扭秤会发生微小的旋转，导致金属丝发生扭转。 |
| 4 | 利用望远镜观察扭秤的旋转角度，并记录其变化。 |
| 5 | 通过测量扭转角度和已知质量、距离，计算出引力大小，从而求出G的值。 |
四、实验结果与意义
| 项目 | 数据 |
| 测得的G值 | 约 $6.75 \times 10^{-11} \, \text{N·m}^2/\text{kg}^2$ |
| 与现代标准值相比 | 相差约1% |
| 实验意义 | 首次精确测量G，验证了万有引力定律；为计算地球质量提供了依据 |
五、实验的局限性与改进
尽管卡文迪许的实验具有开创性，但也存在一些局限：
- 扭秤灵敏度受限，测量误差较大；
- 实验环境易受外界干扰，如温度、气流等；
- 后续科学家不断改进实验方法，提高了测量精度。
六、总结
卡文迪许扭秤实验是科学史上的一项重要成就，它不仅验证了牛顿的理论，也为后来的科学研究提供了关键数据。该实验展示了科学家如何通过巧妙的设计和严谨的测量，揭示自然界的深层规律。
表格总结：
| 项目 | 内容 |
| 实验名称 | 卡文迪许扭秤实验 |
| 实验时间 | 1798年 |
| 实验者 | 亨利·卡文迪许 |
| 实验目的 | 测量引力常数G |
| 实验原理 | 牛顿万有引力定律 |
| 实验装置 | 扭秤、铅球、金属丝 |
| 实验结果 | G ≈ $6.75 \times 10^{-11} \, \text{N·m}^2/\text{kg}^2$ |
| 实验意义 | 验证万有引力定律，计算地球质量 |
通过这一实验，卡文迪许不仅证明了引力的存在，也开启了人类探索宇宙引力本质的新篇章。