【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的万有引力定律，还为后续的天体物理研究奠定了基础。以下是对该实验全过程的总结。
一、实验背景
| 项目 | 内容 |
| 实验目的 | 测量地球引力常数（G） |
| 理论依据 | 牛顿万有引力定律：$ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} $ |
| 实验意义 | 首次通过地面实验确定G的值，间接计算地球质量 |
二、实验原理
卡文迪许利用一个精密的扭秤装置，通过测量两个已知质量的物体之间的引力作用，从而推算出G的值。其核心思想是：
- 小球与大球之间存在引力；
- 引力导致扭秤发生微小扭转；
- 扭转角度与引力大小成正比；
- 通过测量扭转角和已知参数，计算G。
三、实验装置
| 部件 | 说明 |
| 扭秤 | 一根轻质杆，两端各悬挂一个小球 |
| 悬挂丝 | 极细的金属丝，用于悬挂扭秤，使其可自由旋转 |
| 大球 | 两个固定的大质量铅球，用于对小球施加引力 |
| 光学系统 | 用于精确测量扭秤的扭转角度 |
| 支撑结构 | 固定实验设备，防止外界干扰 |
四、实验步骤
| 步骤 | 内容 |
| 1 | 将两个大球分别放置在扭秤两侧，使它们对小球产生引力 |
| 2 | 记录扭秤未受力时的初始位置 |
| 3 | 移动大球靠近小球，观察扭秤因引力产生的扭转 |
| 4 | 测量扭秤的扭转角度，并记录数据 |
| 5 | 重复多次实验，取平均值以提高精度 |
| 6 | 根据公式计算引力常数G的值 |
五、实验结果
| 参数 | 值 |
| 引力常数G | $ 6.67 \times 10^{-11} \, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{kg}^2 $ |
| 地球质量 | $ 5.97 \times 10^{24} \, \text{kg} $ |
| 实验误差 | 约1% |
六、实验意义与影响
- 科学价值：首次通过实验确定G的值，为天体质量、密度等计算提供了关键数据。
- 技术突破：展示了如何在微观尺度上测量极弱的引力作用。
- 历史地位：被誉为“称量地球”的实验，是物理学史上的里程碑之一。
七、总结
卡文迪许扭秤实验是一项兼具理论深度与实践精度的经典实验。它不仅验证了牛顿的万有引力理论，更为后来的科学研究提供了重要的方法论支持。通过精细的设计与严谨的操作，卡文迪许成功揭示了宇宙中隐藏的引力常数，为人类探索宇宙奠定了坚实的基础。
