万有引力常数的测定

1、FRI大学物理实验报姓名学号指导老师日期座位号报告成绩实验名称目录预习报告25实验目的2实验仪器2实验中的主要工作2预习中遇到的问题及思考3实验原始数据记录4实验报告612实验原理实验步骤实验数据处理及分析讨论预习报告实验目的1. 掌握在扭秤摆动中求平衡位置的方法2. 掌握如何通过卡文迪许扭秤法测量万有引力常数实验仪器（包括仪器型号）仪器名称型号规格生产厂家仪器编号卡文迪许扭秤激光发射器光屏米尺秒表、电源实验中的主要工作选中主菜单中的“开始实验”选项开始实验。在卡文迪许扭秤位置鼠标左键双击打开扭秤调节窗口，激光器位置双击打开 激光器窗口，光屏位置双击打开放大的光屏读数窗口，场景中鼠标右键单击

2、实验窗口弹出选择菜单。打开激光器电源；确定平衡位置 C；确定实际平衡位置 C 。测扭秤的固有振动周期 T。测量万有引力作用下光点的位移 S。计算万有引力常数。预习中遇到的问题及思考问：为什么显示调节扭秤，光屏上显示扭秤转动的光点不动？ 答：可能是扭秤被扭秤侧面的锁定螺丝锁紧。问：为什么扭秤转动时，一边始终碰壁？ 答：可能是扭秤初始偏转角偏离过大。问：为什么实验中的时钟速度比正常时间快很多，记录周期以什么时间为 准？答：由于扭秤振动过程中阻尼很小，从开始振动衰减到两边都不和玻璃壁 相撞的可测量状态，需要时间过长，因此实验中时间被调快。实验原始数据记录：1.X1X1(cm)X2(cm)-62 +6

3、2XC=(X1+X2)/2(cm)0实验场景测量两小球间距2L (mm)100反射镜和光屏间距离D (mm)3000大球中心到对应小球中心 距离d(mm)46.2调节扭秤平衡X3(cm)X4(cm)X5(cm)-57 +54 -50XC/=(X42-X3 X5)/(2X4-X3-X5)(cm)0.3|XC-XC/|=0.3cm合理周期 4TT=4T/420min08s302s右侧最大幅度位置(cm)+60cm-59cm+53cm-52.5cm+46.5cm46cm右侧最大幅度位置(cm)+60cm-59cm+53cm-52.5cm+46.5cm46cmA1A2A3A4A=1/4(A1+A2+A

4、3+A4)-1.25cm -1.375cm -1.375cm -1.375cm -1.344cm左侧最大幅b1度位置（cm） +61cm56.5cmb3+55cm-50cmb5b6+49cm-44cmB10.75cm0.875cmB31cm左侧最大幅b1度位置（cm） +61cm56.5cmb3+55cm-50cmb5b6+49cm-44cmB10.75cm0.875cmB31cmB4B=1/4(B1+B2+B3+B4)1cm0.906cm右侧第一次最大 a1/a2/幅度位置（ cm） +55.5cm -55cma3/+49cma4/-48cma5/+43cm42cmA1/-1.375cm1c

5、m1cm -1.156cm-1.25cmS12.25cm2.062cmS12.25cm2.062cmS2.156cmB =d/(dB =d/(d2+4l2)3/2=0.07a=5.949X10-iiN m2/kg2实验报告请按以下几个部分完成实验报告。一实验原理二实验步骤 三实验数据处理及分析 四讨论实验数据处理及分析：1.调节扭秤平衡X1XXCX3X4X5Xc-62.0cm+62.0cm0.0cm-57.0cm+54.0cm-50.0cm0.3cmXC=X1+X2XC/=(X42-X3X5)/(2X4-X3-X5)XC=0XC/=0.3cmIXC-XW3cm 所以扭秤基本平衡右侧最大a1a2

6、a3a4a5a6幅度位置+60.0cm-59.0cm+53.0cm-52.5cm+46.5cm-46.0cm左侧位置bib2b3b4b5b6幅度位置+610cm-56.5cm+55.0cm-50.0cm+49.0cm-44.0cm右侧第二次ai a2 83 a4aJa6 最大幅度位置+555cm-55.0cm+49.0cm-480cm+43.0cm-42.0cmA1= (a1+a3)/2+a3 /2 A2=(a2+a4)/2+a3/2A3=(a2+a3)/2+a4/2A4=(a4+a6)/2+a5/2B19B2,B3,B4，及 A1/A2/A3/A4/ 同理可计算得，A=1/4(A1+A2+A

7、3+A4)B=1/4(B1+B2+B3+B4) A/=1/4(A1/+A2/+A3/+A4/)S1S1=IA-BIS2=IB-A/IS=(S1+S2)/2SiS2S32.250cm2.062cm2.i56cmAiA2A3A4A-1.250cm-i.375cm-i.375cm-i.375cm-i.344cmBiB2B3B4B0.750cm0.875cmi.000cmi000cm0.906cmAi/A2/A3/A4/A-1.375cm-i.250cm-i.000cm-i.000cm-i I56cm万有引力常数 C1=(l- B )-1 n 2d21s/MT2D其中 B =d3/ (d2+4l2)3

8、/2MldDTBSai5kg5.0XI0-2m4 6XI0-2m3.0m302s0.072.i56cm5.95XI0-iiN m2/kg2测量值 C1=5.95X 10-iiN m2/kg2 真实值：C1=6.68X 10-iiN m2/kg2 误差： 10.93分析：测量值与实际值相差 10%，存在误差。 误差来源： 1.读数不精确。电脑实验产生的随机数问题。测量组数过少，应再多次实验求平均值。四.讨论通过计算机仿真实验，了解了万有引力测量实验的过程。计算机实验虽然不如真实实验 更加真实，但减少了实验过程中的操作失误的影响，操作过程简单方便。为什么实验中的时钟速度比正常时间快很多，记录周期以什么时间为准？原因：由于扭秤振动过程中阻尼很小，从开始振动衰减到两边都不和玻璃壁相撞的