【大学库仑电扭秤实验简述】在大学物理实验课程中，库仑电扭秤实验是一项重要的基础实验，主要用于验证库仑定律，并测量电荷之间的相互作用力。该实验通过精密的仪器设计，使学生能够直观地理解静电场中的力与距离、电荷量之间的关系。
实验目的
- 验证库仑定律的正确性；
- 测量两个点电荷之间的静电力；
- 理解电扭秤的结构和工作原理；
- 掌握实验数据的处理方法。
实验原理
库仑电扭秤是一种利用扭转力矩来测量微小电荷之间静电力的装置。其核心原理是：当两个带电球体之间产生静电力时，会使得悬挂的金属棒发生扭转，根据扭转角度可以计算出静电力的大小。
库仑定律公式为：
$$
F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}
$$
其中：
- $ F $ 为两电荷之间的静电力；
- $ k $ 为静电力常量（约为 $ 8.988 \times 10^9 \, \text{N·m}^2/\text{C}^2 $）；
- $ q_1 $、$ q_2 $ 为两个电荷的电量；
- $ r $ 为两电荷之间的距离。
实验器材
| 器材名称 | 功能说明 |
| 库仑电扭秤 | 测量电荷间静电力的仪器 |
| 金属球对 | 用于携带电荷 |
| 电荷感应器 | 测量电荷量 |
| 光源与刻度盘 | 观察金属棒的扭转角度 |
| 支架与调节装置 | 固定实验装置并调整位置 |
实验步骤
1. 调整电扭秤至水平状态，确保系统处于平衡；
2. 给两个金属球分别带上相同或不同电荷；
3. 记录两球之间的初始距离；
4. 通过旋转调节装置改变两球间距；
5. 观察并记录金属棒的扭转角度；
6. 根据扭转角度计算静电力；
7. 分析实验数据，验证库仑定律。
实验数据示例（简化）
| 实验次数 | 电荷 $ q_1 $ (C) | 电荷 $ q_2 $ (C) | 距离 $ r $ (m) | 扭转角 $ \theta $ (°) | 计算力 $ F $ (N) |
| 1 | $ 1.0 \times 10^{-6} $ | $ 1.0 \times 10^{-6} $ | 0.1 | 5.2 | $ 8.98 \times 10^{-2} $ |
| 2 | $ 2.0 \times 10^{-6} $ | $ 1.0 \times 10^{-6} $ | 0.1 | 10.4 | $ 1.79 \times 10^{-1} $ |
| 3 | $ 1.0 \times 10^{-6} $ | $ 1.0 \times 10^{-6} $ | 0.2 | 1.3 | $ 2.25 \times 10^{-2} $ |
实验结论
通过本实验，可以验证库仑定律的正确性，即电荷间的静电力与电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。同时，也加深了对电扭秤结构及其应用的理解。
注意事项
- 实验过程中应避免外界电磁干扰；
- 操作时要轻柔，防止仪器损坏；
- 电荷量不宜过大，以免影响测量精度；
- 实验后应将仪器恢复原状，保持整洁。
通过本次实验，学生不仅掌握了基本的实验操作技能，还进一步理解了静电学的基本规律，为后续学习更复杂的电磁学内容打下坚实的基础。
