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实验一：万有引力的大小与相互作用的两个物体的温度和质量有关
主要仪器：天津市科教仪器厂生产的引力常量实验仪 (如图0－0)
如图0－1引力常量实验仪的主要部分是一个T形架，倒挂在一根金属丝的下端，T形架水平部分的两端各装一个质量是m的小球，T形架的竖直部分装一面小平面镜E，它能把射来的光线反射到刻度尺上，这样就能定性地测量金属丝的扭转。
图0－0
图0－1
已知条件：引力的大小 F＝
1、 反光平面镜距离墙上坐标纸的距离L＝3.20m
2、 小铅球质量m＝0.02kg 大铅球质量M＝1.5kg
3、 扭秤臂长d＝5×10－2m
4、 扭秤的自由扭转振动周期为T＝590s
5、 S为扭秤静止时光点的移动量，如图0－2
6、 主体框的厚度H≈0.025m，玻璃的厚度h≈0.002m，大铅球直径D≈0.0635m，如图0－3。 大小铅球间的质心距r0＝ ＋h＋ ＝ ＋0.002＋ ≈0.046m
（一）大小铅球与室内环境温度达成平衡，室内环境温度为28℃，大小铅球的质心距离为0.046m，
扭秤平衡时，光点在坐标纸上移动了0.035m，这时引力的大小
F0＝＝ ≈3.84×10－10N
结论：当室内环境温度为28℃，大小铅球温度与室内环境温度达成平衡，大小铅球的质心距离为0.046m时，大小铅球相互吸引，这种吸引力的大小约为3.84×10－10N。
将上述室温迅速降至26℃时，光标移动到20cm后往回移。
结论：当室内环境温度下降2℃，大小铅球温度相对环境温度提高2℃，这时大小铅球间的引力明显增大。
（二）将两个大铅球放到冰箱里冷冻，使其温度降至－14℃后放到仪器上，使大小球的球心距离r＝9×10－2 m，室内环境温度为26℃，这时发现光点在坐标纸上移动的最大距离为－32×10－2 m，可以大约估算扭秤平衡时，光点的移动量S≈16×10－2 m，这时引力的大小
F0＝＝ ≈－1.76×10－9N
下面我们换算一下在上述实验温度条件下，当大小铅球间的质心距离r0＝0.046m时，引力大小是多少：因为引力大小与大小铅球间的质心距离的平方成反比，用F0代表质心距为0.046m时的引力大小，那么 ＝ ，F0＝ ×F＝ ×（－1.76×10－9）≈－6.7×10－9N
结论：当室内环境温度为26℃，小球温度与环境温度达成平衡，大球温度为－14℃，大小铅球质心距为4.6cm时大小铅球相互排斥，这种排斥力的大小约为6.7×10－9N，这一排斥力是环境温度下测得的引力大小的17.5倍。
（三）将两个大铅球的温度用热水升高至约50℃后放到仪器上，使大小铅球的质心距离r＝7×10－2 m，室内环境温度为24℃，这时发现光点在坐标纸上移动的最大距离为33×10－2 m，可以大约估算扭秤平衡时光点的移动量S＝16.5×10－2 m，这时引力的大小
F＝＝ ≈1.8×10－9N
在上述实验温度条件下，当大小铅球间的质心距离为r0＝0.046m时，引力大小
F0＝×F＝ ×1.8×10－9≈4.2×10－9N。
结论：当室内环境温度为24℃，小铅球温度与室内环境温度达到平衡，大铅球温度约为50℃，大小铅球质心距离为4.6cm时，大小铅球相互吸引，这一吸引力约是环境温度下测得的引力大小的11倍。
（四）室内环境温度为25℃，将两本厚为0.5cm的书分别竖着放到距离两个小铅球2cm处，等小铅球和书与室内环境温度达到平衡后，光点停留在坐标纸上，将两个被冷冻了的大铅球（温度约为－14℃）放置到仪器上，大小铅球的质心距离r=9×10-2m，这时发现光点在坐标纸上移动的最大距离为5.5×10-2m，可以大约估算扭秤平衡时光点的移动量S=2.75×10-2m。
结论：当冰冷的大铅球放置到仪器上时，围绕小铅球和书的局部小环境温度降低，小铅球和书的温度高于局部小环境的温度，并且小铅球与书的距离很近，所以表现为小铅球与书之间的相互吸引，事实上这一力等于小铅球与书的引力减去大铅球对小铅球的排斥力，由于大铅球距离小铅球很远，所以表现为小铅球与书之间的相互引力。
（五）室内环境温度为22℃，将两块厚为0.4cm的橡胶分别竖立在距离小铅球约为2cm处，等小铅球和橡胶片与室内环境温度达成平衡后，光点停留在坐标纸上，将两个被冷冻了的大铅球（温度约为－14℃）放置到仪器上，大小铅球的质心距离r=9×10-2m，这时发现光点在坐标纸上移动的最大距离为3.5×10-2m，可以大约估算扭秤平衡时光点的移动量S=1.75×10-2m。
结论：当冰冷的大铅球放置到仪器上时，围绕小铅球和橡胶片的局部小环境温度降低，小铅球和橡胶片的温度高于局部小环境的温度，并且小铅球与橡胶片的距离很近，所以表现为小铅球与橡胶片之间的相互吸引力，事实上这一力等于小铅球与橡胶片的引力减去大铅球对小铅球的排斥力。由于大铅球距离小铅球较远，排斥力没有表现出来。
（六）室内环境温度为23℃，将两块厚度为0.4cm的橡胶片分别竖立在距离小铅球约为2cm处，等小铅球和橡胶片与室内环境温度达成平衡后，光点停留在坐标纸上，将两个用热水加热了的大铅球（温度约为50℃）放置到仪器上，大小铅球的质心距离r=9×10-2m，这时发现光点在坐标纸上移动的最大距离为－3.5×10-2m，可以大约估算扭秤静止时光点的移动量S=－1.75×10-2m。
结论：当具有较高温度的大铅球放置到仪器上时，围绕小铅球和橡胶片的局部小环境温度升高，小铅球和橡胶片的温度低于局部小环境的温度，并且小铅球与橡胶片的距离很近，所以表现为小铅球与橡胶片之间的相互排斥力，事实上这一排斥力等于小铅球与橡胶片之间的排斥力减去小铅球与大铅球之间的吸引力。
（七）室内环境温度为22℃，将两块厚度为0.4cm的橡胶片分别竖立在距离小铅球约为2cm处，将两个大铅球放置到仪器上，大小铅球的质心距离r=6.5×10-2m，等到大小铅球以及橡胶片的温度与室内环境温度达到平衡时，光点停留在坐标纸上，这时迅速降低室温至18℃，发现光点在坐标纸上移动的最大距离为45×10-2m，可以大约估算扭秤平衡时光点的移动量S=22.5×10-2m。
结论：当大小铅球及橡胶片与室内环境温度达到平衡时，迅速降低室内环境温度，这时大小铅球及橡胶片的温度均高于室内环境温度，它们表现为相互吸引。
总结：一个物体对另一个物体产生吸引力还是排斥力，取决于这个物体所在位置的环境温度和这个物体的自身温度，易子气充满整个宇宙空间，当环境温度一定时，易子气的密度也是一定的，如图0－4，温度越高易子气的密度就越小，温度越低易子气的密度就越大。当一个物体A的温度高于环境温度时，物体A周围的易子分布如图0－5，距离物体A越近，易子的密度越小。宇宙中的任何物体都是由质子和电子组成的，而处在易子气中的质子和电子每时每刻都在运动，运动着的质子和电子总是由易子气密度大的地方向易子气密度小的地方移动，这就是为什么物体A附近的物体总是要受到物体A的吸引的原因。
 
图0－4 图0－5
当一个物体B的温度低于环境温度时，物体B周围的易子分布如图0－6，距离物体B越近，易子的密度越大，处在物体B附近的物体要从易子气密度大的地方向易子气密度小的地方移动，表现为物体B附近的物体总是受到物体B的排斥。几个温度不同的物体对某一点物体的作用力是吸引还是排斥，要看这几个温度不同的物体对这一点周围易子气密度产生的综合影响。如图0－7，大铅球C温度低、质量大，对其周围易子的密度影响大，在其周围很大空间范围内易子密度较大，橡胶片E温度较大铅球高，在其周围易子密度小，由于橡胶片的质量小对周围易子密度的影响范围小，但是橡胶片距离小铅球D的距离很近，所以对小铅球的影响较大，加之小铅球的温度也比大铅球温度高，所以小铅球被吸引，而不是被大铅球排斥。
 
图0－6 图0－7
实验二：物体的中心温度与物体的质量有关
使用器材：
负温度系数(NTC)热敏电阻； 1000KG铜球1个，10KG铜球1个；热敏电阻温度采集系统（包括
温度采集模块TAC3000 1个；通讯转换卡RS485/232 1个，电脑一台，打印机一台）；如图0－8。
 
 
图0－8
实验环境：
无光、温度变化很小的防空洞内一房间，房间面积约500平方米，高9米，宽10米，长50米，
在房间的中间砌一面保温墙，房门为双层保温门，窗为四层玻璃制成的保温窗。这样，一个房间
就被分成了两间，内间用来放置被测金属球，外间用来放置测量用的热敏电阻温度采集系统，如
图0－9为测试现场。
内间
外间
图0－9
图0－10
实验过程：
测试1000KG铜球和10KG铜球的中心温度及保温室内的环境温度。先将三个热敏电阻R3、R4、R5进行零点修正：准备三条双股绝缘包芯线，每条绝缘包芯线的一端连有热敏电阻，热敏电阻与绝缘包芯线的连接处粘上绝缘胶布，绝缘包芯线的另一端连接在温度采集系统上。将三个电阻捆绑在一起，放置在防空洞中的保温室中央的木架上，静置一天后，将三个热敏电阻进行零点修正处理，修正后再放置20个小时，如图0－10，为修正后的电阻曲线。
将热敏电阻R5、R4分别放置到1000KG铜球和10KG铜球的中心。以1000KG铜球为例，先在铜球上面制作一个324mm深的螺孔，螺孔指向球心，如图0－11，
  
图0－11 图0－12 图0－13
制作一个可以一分两半的铜螺栓，如图0－12，在其中的半个铜螺栓上刻有放置热敏电阻的槽和嵌入导线的槽，将热敏电阻R5及其连线嵌入槽中，再将另一半铜螺栓扣上去，用小螺丝将两个扣在一起的半铜螺栓固定在一起，如图0－13，再将带有热敏电阻的铜螺栓拧入铜球的螺孔中，铜球的直径约为600mm，这时热敏电阻刚好位于铜球的中心；用同样的方法将热敏电阻R4放到10KG铜球的中心，两个铜球被放置在木座上，铜球中心距地面约70厘米，将热敏电阻R3放置在距地面约70厘米高的木架上，铜球与铜球，铜球与热敏电阻R3，相互间的间隔约为一米，如图0－14，热敏电阻R5、R4分别用来测量1000KG铜球和10KG铜球的中心温度，R3用来测量保温室内温度，静置一天后开始记录，连续记录72个小时，结果如图0－15。
测试误差：±1Ω
图0－14
图0－15
结论：在同一环境温度下，1000KG铜球的中心温度高于10KG铜球的中心温度，10KG铜球的中心温度高于保温室内的环境温度，也就是说物体的质量越大，物体的中心温度就越高。对照阻温特性表格四，可知1000KG铜球的中心温度比10KG铜球的中心温度高出约0.015摄氏度。
表格四
补充实验一、万有引力的大小与物体所在的环境温度有关
使用器材：
自制的真空罐；吸真空泵；测温度的热敏电阻；引力常量实验仪；温度采集器；
两个2千瓦的电加热炉。
实验地点：在防空洞内的恒温室内进行。
实验步骤：
1、 将引力常量实验仪放入真空罐中，在引力常量实验仪的顶部放置一个测罐内温度的热敏电阻，如图附-1。
 
附-1 附-2
2、 将真空罐封闭，打开吸真空泵，将真空罐吸成真空，在真空罐的外部也放置一个测罐外温度的热敏电阻，然后静置两天，如图附-2。
3、 静置两天后，用温度采集器，采集真空罐内和真空罐外温度，发现真空罐内外温度一样，如图附-3。
附-3
 
附-4
4、 接通两个2千瓦的电加热炉，使恒温室内的温度升高，温度升高，为了避免电加热炉的热能直接辐射到真空罐，用两个遮光罩将电加热炉罩起来，并且让电加热炉与真空罐保持较远的距离，以免电加热炉的电流对引力产生影响，如图附-4。真空罐外温度升高时，真空罐内的温度并没有变化，但这时大小铅球已经开始相互排斥了。
结论：当两个物体的温度低于周围的环境温度时，两个物体相互排斥，即使两个物体在真空中结论仍然成立。
补充实验二，物体的中心温度与物体的质量有关
使用器材：负温度系数(NTC)热敏电阻，1000KG铜球一个，20KG铜球一个，手
动吊钩一个，万用表一个。
实验环境：无光的防空洞内的恒温室内进行。
实验步骤：
1、 因为如果1000KG铜球的中心温度高于周围环境温度，那么铜球的表面温度也会高于周围环境温度。将热敏电阻R1用胶带粘贴在1000公斤铜球的表面，1000公斤铜球悬挂在吊钩上，将热敏电阻R2悬挂在距R1大约1.5米处，让R1 和R2在同一水平面上，因为地球的径向，不同水平面的温度略有差别，如图附-5。
静置一天后开始用万用表测量：
2008年10月13日早6：40测得R1＝15.677KΩ，R2＝15.692KΩ
2008年10月14日早8：00测得R1＝15.679KΩ，R2＝15.693KΩ
2008年10月15日下午17：10测得R1＝15.684KΩ，R2＝15.696KΩ
结论：1000公斤的铜球表面温度高于洞内环境温度。
 
附-5 附-6
2、 将两个热敏电阻调换一下，进一步证明上述结论，以避免因热敏电阻阻值造成的误差。将热敏电阻R2用胶带粘贴在1000公斤铜球的表面，将热敏电阻R1悬挂在距R2大约1.5米处，让R2 和R1在同一水平面上，如图附-6。
静置一夜后开始用万用表测量：
2008年10月16日早6：30测得R1＝15.697KΩ，R2＝15.685KΩ
结论：1000公斤的铜球表面温度高于洞内环境温度。
3、 将热敏电阻R1用胶带粘贴在20公斤铜球的表面，将热敏电阻R2用胶带粘贴在1000公斤铜球的表面，让R2 和R1在同一水平面上，如图附-7。
静置一天后开始用万用表测量：
2008年10月17日早6：30测得R1＝15.695KΩ，R2＝15.686KΩ
 
附-7 附-8
将两个热敏电阻调换一下，R1粘贴在1000公斤铜球表面，R2粘贴在20公斤铜球上，如图附-8。
静置一天后开始用万用表测量：
2008年10月18日早8：00测得R1＝15.682KΩ，R2＝15.691KΩ
结论：1000公斤的铜球表面温度高于20公斤铜球的表面温度。
用万用表测量热敏电阻的瞬间阻值，可避免电流长时间流过热敏电阻产生热量。要注意的是在用万用表测量电阻时，要让万用表远离其它电器设备，以免干扰万用表的测量准确度。
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