1、十大典型物理試驗(yàn) 第四組 王騰第1頁(yè)第1頁(yè)NO.1: 托馬斯楊雙縫演示應(yīng)用于電子干涉試驗(yàn) 牛頓和托馬斯楊對(duì)光性質(zhì)研究得出結(jié)論都不完全正確。光既不是簡(jiǎn)樸由微粒構(gòu)成，也不是一個(gè)單純波。 20 世紀(jì)初，麥克斯普克朗和阿爾伯特愛(ài)因斯坦分別指出一個(gè)叫光子?xùn)|西發(fā)出光和吸取光。但是其它試驗(yàn)還是證實(shí)光是一個(gè)波狀物。通過(guò)幾十年發(fā)展量子學(xué)說(shuō)最后總結(jié)了兩個(gè)矛盾真理：光子和亞原子微粒（如電子、光子等等）是同時(shí)含有兩種性質(zhì)微粒，物理上稱(chēng)它們：波粒二象性。 將托馬斯楊雙縫演示改造一下能夠較好地闡明這一點(diǎn)?？茖W(xué)家們用電子流代替光束來(lái)解釋這個(gè)試驗(yàn)。依據(jù)量子力學(xué)，電粒子流被分為兩股，被分得更小粒子流產(chǎn)生波效應(yīng)，它們互相影響，以

2、至產(chǎn)生像托馬斯楊雙縫演示中出現(xiàn)加強(qiáng)光和陰影。這闡明微粒也有波效應(yīng)。 第2頁(yè)第2頁(yè)NO.2：伽利略自由落體試驗(yàn) 在 16 世紀(jì)末，人人都認(rèn)為重量大物體比重量小物體下落得快，由于偉大亞里士多德已經(jīng)這樣說(shuō)了。伽利略，當(dāng)初在比薩大學(xué)數(shù)學(xué)系任職，他大膽地向公眾觀點(diǎn)挑戰(zhàn)。著名比薩斜塔試驗(yàn)已經(jīng)成為科學(xué)中一個(gè)故事：他從斜塔上同時(shí)扔下一輕一重物體，讓大家看到兩個(gè)物體同時(shí)落地。伽利略挑戰(zhàn)亞里士多德代價(jià)也許是他失去了工作，但他展示是自然界本質(zhì)，而不是人類(lèi)權(quán)威，科學(xué)作出了最后裁決。第3頁(yè)第3頁(yè)NO.3：羅伯特米利肯油滴試驗(yàn) 很早以前，科學(xué)家就在研究電。人們知道這種無(wú)形物質(zhì)能夠從天上閃電中得到，也能夠通過(guò)摩擦頭發(fā)得到。

3、 1897 年，英國(guó)物理學(xué)家 J J 托馬斯已經(jīng)確立電流是由帶負(fù)電粒子即電子構(gòu)成。 1909 年美國(guó)科學(xué)家羅伯特米利肯開(kāi)始測(cè)量電流電荷。 米利肯用一個(gè)香水瓶噴頭向一個(gè)透明小盒子里噴油滴。小盒子頂部和底部分別連接一個(gè)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(guò)空氣時(shí)，就會(huì)吸一些靜電，油滴下落速度能夠通過(guò)改變電板間電壓來(lái)控制。 米利肯不斷改變電壓，仔細(xì)觀測(cè)每一顆油滴運(yùn)動(dòng)。通過(guò)重復(fù)試驗(yàn)，米利肯得出結(jié)論：電荷值是某個(gè)固定常量，最小單位就是單個(gè)電子帶電量。第4頁(yè)第4頁(yè)NO.4：牛頓棱鏡分解太陽(yáng)光 艾薩克牛頓出生那年，伽利略與世長(zhǎng)辭。牛頓 1665 年畢業(yè)于劍橋大學(xué)三一學(xué)院，以后因規(guī)避鼠疫在家里

4、呆了兩年，以后順利地得到了工作。 當(dāng)初大家都認(rèn)為白光是一個(gè)純沒(méi)有其它顏色光（亞里士多德就是這么認(rèn)為），而彩色光是一個(gè)不知何故發(fā)生改變光。 為了驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)，牛頓把一面三棱鏡放在陽(yáng)光下，透過(guò)三棱鏡，光在墻上被分解為不同顏色，以后我們稱(chēng)作為光譜。人們知道彩虹五顏六色，不過(guò)他們認(rèn)為那是因?yàn)椴徽！ＥｎD結(jié)論是：正是這些紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫基礎(chǔ)色有不同色譜才形成了表面上顏色單一白色光，假如你深入地看看，會(huì)發(fā)覺(jué)白光是非常美麗。 第5頁(yè)第5頁(yè)NO.5：托馬斯楊光干涉試驗(yàn) 牛頓也不是永遠(yuǎn)正確。在多次爭(zhēng)執(zhí)后，牛頓讓科學(xué)界接受了這樣觀點(diǎn)：光是由微粒構(gòu)成，而不是一個(gè)波。 1830 年，英國(guó)醫(yī)生、物理學(xué)家托馬斯

5、楊用試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一觀點(diǎn)。他在百葉窗上開(kāi)了一個(gè)小洞，然后用厚紙片蓋住，再在紙片上戳一個(gè)很小洞。讓光線透過(guò)，并用一面鏡子反射透過(guò)光線。然后他用一個(gè)厚約 1 30 英寸紙片把這束光從中間分成兩束。結(jié)果看到了相交光線和陰影。這闡明兩束光線能夠像波同樣互相干涉。這個(gè)試驗(yàn)為一個(gè)世紀(jì)后量子學(xué)說(shuō)創(chuàng)建起到了至關(guān)主要作用。 第6頁(yè)第6頁(yè)NO.6：卡文迪許扭矩試驗(yàn) 牛頓另一偉大奉獻(xiàn)是他萬(wàn)有引力定律，但是萬(wàn)有引力到底多大？ 18 世紀(jì)末，英國(guó)科學(xué)家亨利卡文迪許決定要找出這個(gè)引力。他將兩邊系有小金屬球 6 英尺木棒用金屬線懸吊起來(lái)，這個(gè)木棒就像啞鈴?fù)瑯?。再將兩個(gè) 350 磅重鉛球放在相稱(chēng)近地方，以產(chǎn)生足夠引力讓啞鈴轉(zhuǎn)動(dòng)

6、，并扭轉(zhuǎn)金屬線。然后用自制儀器測(cè)量出微小轉(zhuǎn)動(dòng)。 測(cè)量結(jié)果驚人準(zhǔn)確，他測(cè)出了萬(wàn)有引力恒量參數(shù)，在此基礎(chǔ)上卡文迪許計(jì)算地球密度和質(zhì)量?？ㄎ牡显S計(jì)算結(jié)果是：地球重 6.0 1024 公斤，或者說(shuō) 13 萬(wàn)億萬(wàn)億磅。第7頁(yè)第7頁(yè)NO.7：埃拉托色尼測(cè)量地球圓周長(zhǎng)古埃及一個(gè)現(xiàn)名為阿斯旺小鎮(zhèn)。在這個(gè)小鎮(zhèn)上，夏至日正午陽(yáng)光懸在頭頂：物體沒(méi)有影子，陽(yáng)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(shū)館館長(zhǎng)，他意識(shí)到這一信息能夠幫助他預(yù)計(jì)地球周長(zhǎng)。在以后幾年里同一天、同一時(shí)間，他在亞歷山大測(cè)量了同一地點(diǎn)物體影子。發(fā)覺(jué)太陽(yáng)光線有輕微傾斜，在垂直方向偏離大約 7 度角。 剩余就是幾何學(xué)問(wèn)題了。假設(shè)地球是球

7、狀，那么它圓周應(yīng)跨越 360 度。假如兩座都市成 7 度角，就是 7 360 圓周，就是當(dāng)初 5000 個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場(chǎng)距離。因此地球周長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)是 25 萬(wàn)個(gè)希臘運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。今天，通過(guò)航跡測(cè)算，我們知道埃拉托色尼測(cè)量誤差僅僅在 5 以?xún)?nèi)。第8頁(yè)第8頁(yè)NO.8：伽利略加速度試驗(yàn) 伽利略繼續(xù)提煉他相關(guān)物體移動(dòng)觀點(diǎn)。他做了一個(gè) 6 米多長(zhǎng)， 3 米多寬光滑直木板槽。再把這個(gè)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(cè)量銅球每次下滑時(shí)間，研究它們之間關(guān)系。亞里士多德曾預(yù)言滾動(dòng)球速度是均勻不變：銅球滾動(dòng)兩倍時(shí)間就走出兩倍路程。伽利略卻證實(shí)銅球滾動(dòng)路程和時(shí)間平方成百分比：兩倍時(shí)間里，銅球滾動(dòng) 4 倍距離，

8、由于存在恒定重力加速度。 第9頁(yè)第9頁(yè)NO.9：盧瑟福發(fā)覺(jué)核子試驗(yàn) 1911 年盧瑟福還在曼徹斯特大學(xué)做放射能試驗(yàn)時(shí)，原子在人們印象中就仿佛是“葡萄干布丁”，大量正電荷匯集糊狀物質(zhì)，中間包括著電子微粒。但是他和他助手發(fā)覺(jué)向金箔發(fā)射帶正電阿爾法微粒時(shí)有少許被彈回，這使他們非常吃驚。盧瑟福計(jì)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(gè)中心小核上，現(xiàn)在叫作核子，電子在它周?chē)鷩@。 第10頁(yè)第10頁(yè)NO.10：米歇爾傅科鐘擺試驗(yàn) 去年，科學(xué)家們?cè)谀蠘O安置一個(gè)擺鐘，并觀測(cè)它擺動(dòng)。他們是在重復(fù) 1851 年巴黎一個(gè)著名試驗(yàn)。 1851 年法國(guó)科學(xué)家傅科在公眾面前做了一個(gè)試驗(yàn)，用一根長(zhǎng) 220 英尺鋼絲將一個(gè) 62 磅重頭上帶有鐵筆鐵球懸掛在屋頂下，觀測(cè)統(tǒng)計(jì)它前后擺動(dòng)軌跡。周?chē)^眾發(fā)覺(jué)鐘擺每次擺動(dòng)都會(huì)稍