【物理实验】人类历史上的十大经典物理实验

人类历史上的十大经典物理实验

实验是科学研究的基本方法之一,也是人类认识自然现象、自然性质、自然规律的途径(www.mynh.net)。

现代实验技术的发展,不断地揭示和发现各种新的物理现象,日益加深人们对客观世界规律的正确认识,从而推动物理学的向前发展。

回顾历史,那些物理巨匠们仅用简单的仪器和设备,发现了最根本、最单纯的科学概念,抓住了物理学家眼中最美丽的科学之魂。

今天我们回顾历史上最著名的十大经典物理实验,向那些为人类发展做出贡献的科学家致敬!

01

托马斯·杨的光干涉试验

1800年,英国医生兼物理学家的托马斯·杨向牛顿提出的光的微粒性观点发起挑战。他在百叶窗上开了一个小洞,然后用厚纸片盖住,再在纸片上戳一个很小的洞。让光线透过,并用一面镜子反射透过的光线。然后他用一个厚约1/30英寸的纸片把这束光从中间分成两束。结果看到了相交的光线和阴影。这说明两束光线可以像波一样相互干涉。这个试验为一个世纪后量子学说的创立起到了至关重要的作用。

02

伽利略的自由落体试验

伽利略在比萨大学数学系任职期间大胆地向亚里士多德的观点发起挑战。当时亚里士多德以及大众都一致认为重量大的物体比重量小的物体下落的快。于是他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体,让大家看到两个物体同时落地。这个实验向世人展示尊重科学而不畏权威的可贵精神。

03

牛顿的棱镜分解太阳光实验

17世纪的人们认为,太阳光是一种纯的没有其它颜色的光。为了验证太阳光是不是白色的,牛顿把一面三棱镜放在阳光下,透过三棱镜,光在墙上被分解为不同颜色,于是有了我们后来知道的光谱。

04

埃拉托色尼测量地球圆周

公元3世纪的时候,有不少人试图进行测量地球的圆周。但是,他们大多缺乏理论基础,计算结果很不精确。古希腊人埃拉托色尼则创新地将天文学与测地学结合,第一个提出在夏至日那天,分别在两地同时观察太阳的位置,并根据地物阴影的长度之差异加以研究分析,从而总结出计算地球圆周的科学方法。他计算的的地球圆周距离实际的数据仅有5%的误差。在2000多年前就能准确测出地球的周长是一件了不起的成就。

05

伽利略的加速度试验

亚里士多德曾预言,一个滚动的球的速度是均匀不变的,球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。但伽利略却用实验证明了球滚动的路程和时间的平方成比例。伽利略在斜面实验中还发现,只要把摩擦减小到可以忽略的程度,小球从一斜面滚下之后,可以滚上另一斜面,而与斜面的倾角无关。也就是说,无论第二个斜面伸展多远,小球总能达到和出发点相同的高度。如果第二斜面水平放置,而且无限延长,则小球会一直运动下去。

06

傅科钟摆试验

1851 年,法国著名物理学家傅科为验证地球自转,当众做了一个实验,用一根长达 67m 的钢丝吊着一个重 28kg 的摆锤,摆锤的头上带有钢笔,并观测记录它的摆动轨迹。周围观众发现钟摆每次摆动都会稍稍偏离原轨迹并发生旋转时。实际上这是因为房屋在缓缓移动,准确地说是悬挂摆线的顶点在自转。

07

罗伯特·密立根的油滴试验

1909年美国科学家罗伯特·密立根开始测量电流的电荷。他用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别放有一个通正电的电板,另一个放有通负电的电板。当小油滴通过空气时,就带有了一些静电,他们下落的速度可以通过改变电板的电压来控制。经过反复试验密立根得出了电荷的值是某个固定的常量,最小单位就是单个电子的带电量的结论。

08

卡文迪许扭秤实验

牛顿提出了万有引力理论,那么万有引力到底有多大呢?18世纪末,英国科学家亨利·卡文迪许找到一个计算方法。他把两头带有金属球的6英尺木棒用金属线悬吊起来。再用两个350磅重的皮球放在足够近的地方,以吸引金属球转动,从而使金属线扭动,然后用自制的仪器测量出微小的转动。凭借这一实验,他测出了万有引力的参数恒量,在卡文迪许的基础上计算出了地球的密度和质量。

09

α粒子散射实验

著名科学家卢瑟福1909年做著名的α粒子散射实验。实验用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔。他发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了较大的偏转,并有极少数α粒子的偏转超过90°,一些粒子甚至达到180°的反弹。此实验开创了原子结构研究的先河。为建立现代原子核理论打下了基础。

10

托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验

光具有波粒两象性,那么微粒是否也有这一特性呢?1961 年,约恩·孙制作出长为 50mm、宽为 0.3mm、缝间距为 1mm 的双缝,并把一束电子加速到 50keV,然后让它们通过双缝。当电子撞击荧光屏时显示了可见的图样,电子双缝干涉实验的图样与光的双缝干涉实验结果的类似性给人们留下了深刻的印象,说明了电子具有波动性,科学家们用电子流代替光束解释了这个实验。

以上是人类历史上10大经典物理实验,任何一项实验结论都是人类文明向前跨越的重要基石。让我们感谢这些科技大神们为人类文明作出的贡献。正是有了这些经典理论,才让我们可以站在前人的肩膀探索更多的未知。

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