库仑扭秤实验

实验目的

了解库仑扭秤的结构和测力思路，理解库仑定律是如何通过实验得到的。

实验原理

悬丝扭转时产生的恢复力矩与扭转角成正比，因此扭转角可以反映很小的力。改变两带电小球的距离和电荷量，测出相应的力，可得：真空中两个静止点电荷间的作用力，与电荷量乘积成正比，与距离的二次方成反比，即 F = kq1q2/r²，k ≈ 9.0×10^9 N·m²/C²。

实验器材

• 库仑扭秤装置
• 细悬丝
• 带电小球 A（挂在横杆一端）
• 固定的带电小球 C
• 平衡小球（横杆另一端）
• 刻度盘与旋钮
• 与小球相同的不带电金属球

实验步骤

1. 观察扭秤结构：细悬丝吊着横杆，一端是小球 A，另一端是平衡小球。
2. 让固定球 C 与小球 A 带同种电荷，观察 A 被推开、悬丝扭转。
3. 记录两球间距和悬丝的扭转角，用扭转角表示作用力大小。
4. 改变两球间距，重复测量，比较力与距离的关系。
5. 用不带电的相同金属球与 C 接触使其电荷量减半，再测量力的变化。
6. 整理数据，归纳力与距离、电荷量的关系。

实验现象与结论

同种电荷使小球 A 偏离，悬丝扭转；距离变小时扭转角增大，电荷量减半时作用力也随之减小。数据表明静电力与两电荷量的乘积成正比，与距离的二次方成反比，由此得到库仑定律。

常见问题

库仑扭秤用了什么物理方法？

主要是放大法：用悬丝的扭转角放大微小的力；改变电荷量时用相同金属球接触平分电荷。

库仑定律的适用条件是什么？

适用于真空中静止的点电荷。带电体大小远小于距离时可视为点电荷。