最美麗的十大物理實驗

1、最美麗的十大物理實驗       最簡單的儀器和設(shè)備，發(fā)現(xiàn)了最根本、最單純的科學(xué)概念，這些“抓”住了物理學(xué)家眼中“最美的”科學(xué)之魂的實驗，就像是一座座歷史豐碑一樣，把人們長久的困惑和含糊頃刻間一掃而空，使之對自然界的認識更加清晰。    之所以稱它們是歷史上最美麗的科學(xué)實驗，是因為這十大實驗中的絕大多數(shù)是科學(xué)家獨立完成的，最多有一兩個助手，而且所有的實驗都是在實驗桌上進行的，沒有用到什么大型計算工具比如電腦一類，最多不過是把直尺或者是計算器。從十大經(jīng)典科學(xué)實驗本身，我們也能清楚地看出兩千年來科學(xué)

2、家們最重大的發(fā)現(xiàn)軌跡，就像我們“鳥瞰”歷史一樣。物理學(xué)世界根據(jù)公眾對它們的認識程度進行了排名，排在第一位的是展示物理世界量子特征的實驗。 1.       托馬斯·楊的雙縫演示應(yīng)用于電子干涉實驗 牛頓和托馬斯·楊對光的性質(zhì)研究得出的結(jié)論都不完全正確。光既不是簡單的由微粒構(gòu)成，也不是一種單純的波。20世紀初，麥克斯·普克朗和阿爾伯特·愛因斯坦分別指出一種叫光子的東西。但是其他實驗還是證明光是一種波狀物。經(jīng)過幾十年發(fā)展的量子學(xué)說最終總結(jié)了兩個矛盾的真理：光子和亞原子微粒是同時具有

3、兩種性質(zhì)的微粒，物理上稱它們具有波粒二象性。 將托馬斯·楊的雙縫實驗改造一下可以很好地說明這一點。1960年，約恩孫直接做了電子雙縫干涉實驗，從屏上攝得了類似楊氏雙縫干涉圖樣的照片。根據(jù)量子力學(xué)，電粒子流被分為兩股，被分得更小的粒子流產(chǎn)生波的效應(yīng)，它們相互影響，以至產(chǎn)生像托馬斯·楊的雙縫實驗中出現(xiàn)的加強光和陰影。這說明微粒也有波的效應(yīng)。                   &#

4、160;2. 伽利略的自由落體實驗 在16世紀末，人人都認為重量大的物體比重量小的物體下落得快，因為偉大的亞里士多德已經(jīng)這么說了。伽利略，當時在比薩大學(xué)數(shù)學(xué)系任職，他大膽地向公眾的觀點挑戰(zhàn)。著名的比薩斜塔實驗已經(jīng)成為科學(xué)史上的經(jīng)典：他從斜塔上同時扔下一輕一重的物體，讓大家看到兩個物體同時落地。伽利略挑戰(zhàn)亞里士多德的代價也許使他失去了工作，但他展示了自然界的本質(zhì)，而不是人類的權(quán)威，科學(xué)做出了最后的裁決。               

5、60;                      3. 羅伯特·密立根的油滴實驗 很早以前，科學(xué)家就在研究電。人們知道這種無形的物質(zhì)可以從天上的閃電中得到，也可以通過摩擦頭發(fā)得到。1897年，英國物理學(xué)家J·J·托馬斯已經(jīng)確立電流是由帶負電粒子即電子組成的。1909年美國科學(xué)家羅伯特·密立根開始測量電流的電荷。密立根用一個香水瓶

6、的噴頭向一個透明的小盒子里噴油滴。小盒子的頂部和底部分別連接一個電池，讓一邊成為正電板，另一邊成為負電板。當小油滴通過空氣時，就會吸上一些靜電，油滴下落的速度可以通過改變電板間的電壓來控制。      密立根不斷改變電壓，仔細觀察每一顆油滴的運動，使得電場力與空氣浮力的和等于重力，如圖。經(jīng)過反復(fù)試驗，密立根得出結(jié)論：電荷的值是某個固定的常量，最小單位就是單個電子的帶電量。        4.牛頓的棱鏡分解太陽光實驗牛頓1665年畢業(yè)于劍橋大學(xué)的三一學(xué)院。當時大家都認

7、為白光是一種純的沒有其他顏色的光（亞里士多德就是這樣認為的），而彩色光是一種不知何故發(fā)生了變化的光。而牛頓不這樣認為，他把一面三棱鏡放在陽光下，透過三棱鏡，墻上出現(xiàn)不同顏色的光帶，后來我們稱作為光譜。人們知道彩虹由七種顏色組成，但是大家認為那是不正常的。牛頓的結(jié)論是：正是這些紅、橙、黃、綠、青、藍、紫基礎(chǔ)色有不同的色譜才形成了表面上顏色單一的白色光，如果你深入地看看，會發(fā)現(xiàn)白光是非常美麗的。          5. 托馬斯·楊的光雙縫干涉實驗牛頓也不是永遠正確。在多次爭吵后，牛頓讓科學(xué)

8、界接受了這樣的觀點：光是由微粒組成的，而不是一種波。1830年，英國醫(yī)生、物理學(xué)家托馬斯·楊用實驗來驗證這一觀點。他在百葉窗上開了一個小洞，然后用厚紙片蓋住，再在紙片上戳一個很小的洞。讓光線透過，并用一面鏡子反射透過的光線。然后他用一個厚約130英寸的紙片把這束光從中間分成兩束。結(jié)果看到了相交的光線和陰影，后來就發(fā)展為用雙縫來驗證這個實驗，如圖是自然白光雙縫干涉條紋。這說明兩束光線可以像波一樣相互干涉。這個實驗為一個世紀后量子學(xué)說的創(chuàng)立起到了至關(guān)重要的作用。          

9、0;    6.卡文迪許扭矩實驗 牛頓的另一偉大貢獻是他的萬有引力定律，但是萬有引力到底有多大？   18世紀末，英國科學(xué)家亨利·卡文迪許決定要找出這個引力。他將兩邊系有小金屬球的6英尺木棒用金屬線懸吊起來，這個木棒就像啞鈴一樣；再將兩個350磅重的鉛球放在相當近的地方，以產(chǎn)生足夠的引力讓啞鈴轉(zhuǎn)動，并扭動金屬線。然后用自制的儀器測量出微小的轉(zhuǎn)動。如圖是卡文迪許使用的裝置圖。測量結(jié)果驚人的準確，他測出了萬有引力恒量的參數(shù)，在此基礎(chǔ)上卡文迪許計算了地球的密度和質(zhì)量。卡文迪許的計算結(jié)果是：地球重60×1024公

10、斤，或者說13萬億萬億磅。                   7. 埃拉托色尼測量地球圓周長      在古埃及一個現(xiàn)名為阿斯旺的小鎮(zhèn)上，夏日正午的陽光懸在頭頂，物體沒有影子，陽光直接射入深水井中。埃拉托色尼是公元前3世紀亞歷山大圖書館館長，他意識到這一信息可以幫助他估計地球的周長。在以后幾年里的同一天、同一時間，他在亞歷山大量了同一地點的物體的影子。發(fā)現(xiàn)太陽光線有

11、輕微的傾斜，在垂直方向偏離大約7度角。   剩下的就是幾何學(xué)問題了。假設(shè)地球是球狀，那么它的圓周應(yīng)跨360度。如果兩座城市成7度角，就是7360的圓周，也就是當時5000個希臘運動場的距離。因此地球周長應(yīng)該有25萬個希臘運動場長。今天，通過航跡測算，我們驚嘆埃拉托色尼的測量誤差僅僅在5以內(nèi)。                        

12、  8.       伽利略的加速度實驗伽利略繼續(xù)提煉他有關(guān)物體移動的觀點。他做了一個6米多長、3米多寬的光滑直木板槽。再把這個木板槽傾斜固定，讓銅球從木槽頂端沿斜面滑下，并用水鐘測量銅球每次下滑的時間，研究它們之間的關(guān)系。亞里士多德曾預(yù)言滾動球的速度是均勻不變的；銅球滾動兩倍的時間就走出兩倍的路程。伽利略卻證明銅球滾動的路程和時間的平方成比例：兩倍的時間里，銅球滾動4倍的距離，因為存在恒定的重力加速度。 9. 盧瑟福發(fā)現(xiàn)核子實驗1911年盧瑟福還在曼徹斯特大學(xué)做放射能實驗時，原子在人們的印象中就好像是“葡萄干布丁”，大量正電荷聚集的糊狀物質(zhì)，中間包含著電子微粒。但是他和他的助手發(fā)現(xiàn)，向金箔發(fā)射帶正電的阿爾法微粒時有少量被彈回，這使他們非常吃驚。盧瑟福計算出原子并不是團糊狀物質(zhì)，大部分物質(zhì)集中在一個中心小核上，現(xiàn)在叫做原子核，電子在它周圍環(huán)繞。           10、米歇爾·傅科鐘擺實驗1851年法國科學(xué)家米歇爾·傅科在公眾面前（國葬院里）做了一個實驗，用一根長220英尺的鋼絲將一個62磅重、