【大学库仑电扭秤实验简述】库仑电扭秤实验是大学物理课程中一项重要的经典实验，主要用于验证库仑定律，并测量电荷之间的相互作用力。该实验通过精密的扭秤装置，能够定量地研究点电荷之间的作用力与距离和电荷量之间的关系，具有较高的科学价值和教学意义。
实验目的
1. 验证库仑定律的正确性。
2. 学习使用电扭秤测量电荷间作用力的方法。
3. 掌握实验数据的处理与分析方法。
4. 理解静电场的基本概念和实验设计思路。
实验原理
库仑定律指出：在真空中，两个静止点电荷之间的相互作用力与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，方向沿连线方向。公式为：
$$
F = k \frac{q_1 q_2}{r^2}
$$
其中，$k$ 为静电力常量，约为 $8.988 \times 10^9 \, \text{N·m}^2/\text{C}^2$。
电扭秤是一种利用扭转角度来间接测量微小力的仪器。通过调整电荷位置和大小，观察扭秤的偏转角度，从而计算出电荷间的力。
实验器材
| 器材名称 | 用途说明 |
| 库仑电扭秤 | 测量电荷间作用力 |
| 电荷球（带电小球） | 提供可变电荷 |
| 支撑架 | 固定电扭秤结构 |
| 读数显微镜 | 观察并记录扭秤偏转角度 |
| 电荷计 | 测量电荷电量 |
| 调节旋钮 | 控制电荷球的位置 |
实验步骤（简要）
1. 准备阶段：调节电扭秤至水平状态，确保系统稳定。
2. 充电：对两个电荷球进行充电，并记录其电荷量。
3. 测量初始角度：在无电荷作用下，记录扭秤的初始偏转角。
4. 施加电荷：将两个带电球放置于适当距离，观察并记录扭秤的偏转角度。
5. 数据记录：多次测量不同距离下的偏转角度，计算相应的力值。
6. 数据分析：根据库仑定律，分析实验数据是否符合理论预期。
实验结果与分析
实验过程中，通过测量不同距离下的偏转角度，可以计算出电荷间的作用力。将实验数据代入库仑公式，得出的 $k$ 值应接近理论值。若实验误差较大，可能由于以下原因：
- 电荷未完全均匀分布；
- 扭秤系统存在摩擦或非线性响应；
- 外界电场干扰；
- 测量时读数误差较大。
实验结论
库仑电扭秤实验成功验证了库仑定律的正确性，使学生深入理解了点电荷之间作用力的定量关系。同时，也提高了学生的实验操作能力、数据处理能力和科学思维能力。
总结表格
| 项目 | 内容说明 |
| 实验名称 | 大学库仑电扭秤实验 |
| 实验目的 | 验证库仑定律、测量电荷力、掌握实验方法 |
| 实验原理 | 库仑定律，电扭秤测力原理 |
| 实验器材 | 电扭秤、电荷球、显微镜等 |
| 实验步骤 | 准备、充电、测量、记录、分析 |
| 实验结果 | 数据符合库仑定律，误差来源分析 |
| 实验意义 | 理解静电作用、提升实验技能 |
通过本实验，学生不仅掌握了基本的物理实验方法，还加深了对电场和电荷相互作用的理解，为后续学习电磁学打下了坚实基础。
