十大經(jīng)典物理實驗

十大經(jīng)典物理實驗

第四組王騰1

NO.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(jì)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發(fā)出光和吸收光。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（如電子、光子等等）是同時具有兩種性質(zhì)的微粒，物理上稱它們：波粒二象性。將托馬斯·楊的雙縫演示改造一下可以很好地說明這一點(diǎn)?？茖W(xué)家們用電子流代替光束來解釋這個實驗。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·楊的雙縫演示中出現(xiàn)的加強(qiáng)光和陰影。這說明微粒也有波的效應(yīng)。

2NO.2：伽利略的自由落體實驗在16世紀(jì)末，人人都認(rèn)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(dāng)時在比薩大學(xué)數(shù)學(xué)系任職，他大膽地向公眾的觀點(diǎn)挑戰(zhàn)。著名的比薩斜塔實驗已經(jīng)成為科學(xué)中的一個故事：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是他失去了工作，但他展示的是自然界的本質(zhì)，而不是人類的權(quán)威，科學(xué)作出了最后的裁決。3NO.3：羅伯特·米利肯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(fù)電粒子即電子組成的。1909年美國科學(xué)家羅伯特·米利肯開始測量電流的電荷。米利肯用一個香水瓶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(fù)電板。當(dāng)小油滴通過空氣時，就會吸一些靜電，油滴下落的速度可以通過改變電板間的電壓來控制。米利肯不斷改變電壓，仔細(xì)觀察每一顆油滴的運(yùn)動。經(jīng)過反復(fù)試驗，米利肯得出結(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。4NO.4：牛頓的棱鏡分解太陽光艾薩克·牛頓出生那年，伽利略與世長辭。牛頓1665年畢業(yè)于劍橋大學(xué)的三一學(xué)院，后來因躲避鼠疫在家里呆了兩年，后來順利地得到了工作。當(dāng)時大家都認(rèn)為白光是一種純的沒有其它顏色的光（亞里士多德就是這樣認(rèn)為的），而彩色光是一種不知何故發(fā)生變化的光。為了驗證這個假設(shè)，牛頓把一面三棱鏡放在陽光下，透過三棱鏡，光在墻上被分解為不同顏色，后來我們稱作為光譜。人們知道彩虹的五顏六色，但是他們認(rèn)為那是因為不正常。牛頓的結(jié)論是：正是這些紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、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。5NO.5：托馬斯·楊的光干涉實驗牛頓也不是永遠(yuǎn)正確。在多次爭吵后，牛頓讓科學(xué)界接受了這樣的觀點(diǎn)：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(diǎn)。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1／30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。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(jì)后量子學(xué)說的創(chuàng)立起到了至關(guān)重要的作用。6NO.6：卡文迪許扭矩實驗牛頓的另一偉大貢獻(xiàn)是他的萬有引力定律，但是萬有引力到底多大？18世紀(jì)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(dāng)近的地方，以產(chǎn)生足夠的引力讓啞鈴轉(zhuǎn)動，并扭轉(zhuǎn)金屬線。然后用自制的儀器測量出微小的轉(zhuǎn)動。測量結(jié)果驚人的準(zhǔn)確，他測出了萬有引力恒量的參數(shù)，在此基礎(chǔ)上卡文迪許計算地球的密度和質(zhì)量?？ㄎ牡显S的計算結(jié)果是：地球重6.0×1024公斤，或者說13萬億萬億磅。7NO.7：埃拉托色尼測量地球圓周長古埃及的一個現(xiàn)名為阿斯旺的小鎮(zhèn)。在這個小鎮(zhèn)上，夏至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(jì)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，他在亞歷山大測量了同一地點(diǎn)的物體的影子。發(fā)現(xiàn)太陽光線有輕微的傾斜，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)跨越360度。如果兩座城市成7度角，就是7／360的圓周，就是當(dāng)時5000個希臘運(yùn)動場的距離。因此地球周長應(yīng)該是25萬個希臘運(yùn)動場。今天，通過航跡測算，我們知道埃拉托色尼的測量誤差僅僅在5％以內(nèi)。8NO.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(diǎn)。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。

9NO.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一團(tuán)糊狀物質(zhì)，大部分物質(zhì)集中在一個中心小核上，現(xiàn)在叫作核子，電子在它周圍環(huán)繞。

10NO.10：米歇爾·傅科鐘擺實驗去年，科學(xué)家們在南極安置一個擺鐘，并觀察它的擺動。他們是在重復(fù)1851年巴黎的一個著名實驗。1851年法國科學(xué)家傅科在公眾面前做了一個實驗，用一根長220英尺的鋼絲將一個62磅重的頭上帶有鐵筆的鐵球懸掛在屋頂下，觀測記錄它前后擺動的軌跡。周圍觀眾發(fā)現(xiàn)