平方反比定律的验证实验

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1、卡文迪许的同心球电荷分布实验，比库仑的扭秤实验精确冃早几十年，但是卡文迪许并没有发表自己的著作。直到1871年麦克斯韦主持剑桥大学的卡文迪许实验室后，卡文迪许的手稿才转到了麦克斯韦手屮，麦克斯韦亲自动手重复了卡文迪许的许多实验，手稿经麦克斯韦整理后出版，他的工作才为世人所知。1769年，英国苏格兰人罗宾逊，设计了一个杠杆装置，他把实验结果用公式卢表述出来，即电力F与距离r的n次方成反比。先假设指数n不是准确为2,而是n=2+d,得到指数偏差6=0.06o1773年，卡文迪许用两个同心金属球壳做实验，如右图，外球壳由两个半圆装配而成

2、，两半球合起来正好把内球封在其屮。通过一根导线将内外球连在一起，外球壳带点后，取走导线，打开外壳，用木髓球验电器试验有没有带电，结果发现木髓球验电器没冇指示，内球不带电荷。根据这个实验，卡文迪许确定指数偏差^<002,比罗宾逊1769年得岀的0.06更精确。1936年，美国沃塞斯特工学院的Plimpton和Lawton,在新的基础上验证了库仑定律，他们运用新的测量手段，改进了卡文迪许和麦克斯韦的零值法，消除和避免了试验中几项主要误差，从而大大地提高了测量精度，试验线路和装置如右图所示。他们用这套装置进行了多次试验，不同的实验者都确

3、认电流计除了出于热运动造成的1微伏指示外没有其他振动，他们用麦克斯韦对出的公式进行计算，得到5^2x10^1971年，美国Wesleyan大学的EdwinR.Williams,JamesE.Faller及HenryA.Hill用现代测试手段，将平方反比定律的指数偏差又延伸了好几个数量级。在此之前已有好几起实验结果，不断地刷新纪录。Williams等人采用高频高压信号、锁定放人器和光学纤维传输來保证实验条件，但基本方法和设计思想跟卡文迪许和麦克斯韦是一脉相承的。右图是简单示意图，他们用五个同心金属壳，而不是两个，采用十二面体形，而不

4、是球形。峰值为10千伏的4兆赫高频高压信号加在最外面两层金属壳上，检测器接到最里面的两层，检验是否接收到信号。他们根据麦克斯韦的公式，得到的平方反比定律的指数偏差5^(2.7±3.1)xW16怏續空代!t«FA电「大■放发生器110V电机KJ3Phmpcon和Lawton的实验线路则装3L输出图4E.R.WdHuns零人的实验装岂