三、引力常量的測(cè)定教案4-文庫(kù)吧
2025-10-30 12:03 本頁(yè)面
【正文】 是其值非常小，很難用實(shí)驗(yàn)方法將它顯示出來(lái)．所以對(duì)它的測(cè)定必須設(shè)計(jì)特殊的裝置才行． 2．英國(guó)的物理學(xué)家卡文迪許在 1789 年，巧妙地設(shè)計(jì)了扭秤裝置，把萬(wàn)有引力常量應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量出來(lái)． 3．扭秤的主要部件有四部分：一個(gè)倒置的金屬架；一根金屬絲；一個(gè)固定在 T型架上的平面鏡； T型架兩端各裝一質(zhì)量為 m的小球．其結(jié)構(gòu)如圖所示： 4．該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是應(yīng)用力矩平衡的知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)的． B．深入 探究 請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合課本知識(shí)，分析、討論下列問題． 1．由于一般物體間的引力非常小，導(dǎo)致引力常量難以測(cè)量，那么，怎么樣就能把引力常量測(cè)量出來(lái)了呢？ 2．扭秤裝置中的小平面鏡起什么作用呢？ 3．在扭秤裝置中，除了平面鏡外是否還有其他地方對(duì)相互作用的效果進(jìn)行了放大呢？ 4．本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是力矩平衡，那么，具體說(shuō)是哪些力矩相平衡呢？ 學(xué)生分組討論，結(jié)合課文給出的提示，得出相似結(jié)論． 1．引力常量難以測(cè)量的原因是一般物體間的相互作用力很小，產(chǎn)生的作用效果不明顯，如果我們能把引力產(chǎn)生的微小 效果進(jìn)行放大的話，就可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量引力常量了． 2．裝置中的小平面鏡就起到了放大的作用．當(dāng) m′與 m相互吸引時(shí)，引力會(huì)使金屬絲發(fā)生微小的扭轉(zhuǎn)形變，也正是由于形變量非常微小，所以我們很難用眼睛觀察到．當(dāng)固定上一個(gè)小鏡后，小鏡會(huì)隨金屬絲的扭轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)過很小的角度，它的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)引起刻度尺反射光點(diǎn)的明顯移動(dòng)， 從光點(diǎn)位置移動(dòng)的大小便可反映出金屬絲的扭轉(zhuǎn)程度，進(jìn)而反映出兩小球間相互作用力的大小 ． 3．在該裝置中，除了平面鏡起到的放大作用外，“ T”型架也起到了放大的作用．我們從力矩平衡的知識(shí)知道，力矩的大小與兩個(gè)因素有 關(guān)，一個(gè)是力的大小，另一個(gè)是力臂的大?。谶@一實(shí)驗(yàn)中，我們不能增大相互作用的引力，所以考慮去增大力臂，而“ T”型架正好起到了增大力臂的作用．當(dāng)力矩增大后，也就將力的作用效果進(jìn)行了放大． 4．“ T”型架受到力矩的作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使金屬絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相反的扭轉(zhuǎn)力矩，阻礙“ T”型架轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)這兩個(gè)力矩平衡時(shí)，“ T”型架停止轉(zhuǎn)動(dòng)．設(shè)金屬絲的扭轉(zhuǎn)力矩為 M1，引力矩為 M2，即有： M1＝ M2． C．教師總結(jié) 通過前面的學(xué)習(xí)，我們了解了扭秤裝置的組成、結(jié)構(gòu)、二次放大原理以及實(shí)驗(yàn)原理．當(dāng)應(yīng)用扭秤裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，金屬 絲的扭轉(zhuǎn)力矩 M1 可以根據(jù)它與扭轉(zhuǎn)角“ ?”的關(guān)系來(lái)求，而扭轉(zhuǎn)角度“ ?”可通過平面鏡 M反射光點(diǎn)在刻度尺上移動(dòng)的距離求出．此時(shí) M1便成了已知量． 而 M1＝ M2＝ F 引 l＝ G 2rm? l． 故： G＝ lmmrM?21 利用上述原理，再加上可控變量法，經(jīng)多次測(cè)量便可求得： G＝ 1011
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