张文理 朱 纯

（1.南京师范大学附属中学，江苏 南京 210003； 2.江南大学理学院，江苏 无锡 214122）

高中物理是一门基础课程，主要是针对模型的研究，较为理想化和抽象化，但教学内容中包含了大量朴素而深刻的物理思想，体现了分析问题和解决问题的创新思维，尤其是一些实验以及仪器的设计无不显示了物理学家或设计者的智慧闪光.无数的经典就深藏在我们的实验室和生活中，原理简单而设计巧妙，对创新设计具有极大的启发作用.

1 品味经典实验巧妙

卡文迪许扭秤实验是高中物理课本中遇到的一个经典实验，该实验被称为物理学史上最美丽的十大实验之一.18世纪末，英国科学家亨利·卡文迪许把两端连接有金属小球的轻质杆用金属扭丝悬吊起来，另将两大球接近扭秤.金属球受到大球的引力作用而发生转动，一光束照射到被固定在扭秤上的镜子上，光束被反射到远处的光屏上，实验基本原理如下.

如图1所示，设两金属小球的质量均为m1，它们之间的距离为L，两大球的质量为m2，根据平衡知识可知，金属丝的扭转力矩M1和万有引力力矩M2平衡，即

图1

扭转力矩与扭转的角度成正比，即

万有引力大小为

万有引力力矩为

由（1）～（4）式得出

根据镜子M与光屏之间的位置以及光点位置的变化，可以计算出扭转的角度θ，从而计算出万有引力常数G.卡文迪许因而被称作为“第一个称量地球的人”.

金属球与大球之间的引力很小，但实验却巧妙地测出这个“微小量”的大小，其“微小量放大”巧妙之处有二：（1）把微小力转变成力矩来反映；……