十大物理学实验
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。光既不是簡單地由微粒構(gòu)成，也不是一種單純的波。20世紀初，普朗克和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，物理上稱它們具有波粒二象性。
將托馬斯·楊的雙縫演示改造一下可以很好地說明這一點。科學家們用電子流代替光束來解釋這個實驗。
根據(jù)量子力學，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)的加強光和陰影。這說明微粒也有波的效應(yīng)。
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。2020年11月20日，一篇發(fā)表于PRL的論文指出，即使是用兩種不同類型的原子，伽利略的實驗仍然正確。
伽利略的加速度實驗
伽利略提煉他有關(guān)物體移動的觀點。他做了一個6m多長、3m多寬的光滑直木板槽，再把這個木板槽傾斜固定，讓鋼球從木槽頂端沿斜面滑下，并用水鐘測量鋼球每次下滑的時間，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。伽利略卻證明鋼球滾動的路程和時間的平方成比例：兩倍的時間里，銅球滾動了4倍的距離，因為存在恒定的重力加速度。
牛頓的棱鏡色散實驗
牛頓出生那年，伽利略與世長辭。牛頓1665年畢業(yè)于劍橋大學的三一學院，因躲避鼠疫在家里呆了兩年，后來順利地得到了工作。
當時大家都認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，但卻不知其原因。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。
托馬斯·楊的光干涉實驗
在多次爭吵后，牛頓讓科學界接受了這樣的觀點：光是由微粒組成的，而不是一種波。但牛頓也不是永遠正確的。1830年，英國醫(yī)生、物理學家托馬斯·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。然后他用一個厚約三十分之一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后量子學說的創(chuàng)立起到了至關(guān)重要的作用。
卡文迪什扭秤實驗
牛頓的另一偉大貢獻是他的萬有引力定律，但是萬有引力到底多大？
18世紀末，英國科學家亨利·卡文迪什決定要找出這個引力。他將小金屬球系在長為6英尺（1英尺等于0.305米）木棒的兩邊并用金屬線懸吊起來，這個木棒就像啞鈴一樣。再將兩個350磅（1磅等于0.4536千克）的銅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)果驚人地準確，他測出了萬有引力恒量的參數(shù)，在此基礎(chǔ)上卡文迪什計算地球的密度和質(zhì)量。卡文迪什的計算結(jié)果是地球的質(zhì)量為6.0 x10^24kg．
傅科鐘擺證明地球自轉(zhuǎn)！
1851年，法國科學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)鐘擺每次擺動都會稍稍偏離原軌跡并發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，無不驚訝。實際上這是因為房屋在緩緩移動。如果地球不自轉(zhuǎn)，擺錘擺動時不受外力，將保持固定的擺動方向。
如果地球自轉(zhuǎn)，擺錘將會受到重力、慣性等各方面因素，運動軌跡也會發(fā)生偏差。傅科的演示說明地球是在圍繞地軸自轉(zhuǎn)的。
在巴黎的緯度上，鐘擺的軌跡是順時針方向，30小時一周期。在南半球，鐘擺應(yīng)是逆時針轉(zhuǎn)動，而在赤道上將不會轉(zhuǎn)動。在南極，轉(zhuǎn)動周期是24小時。
此后，人們?yōu)榱思o念傅科的偉大實驗，把用來試驗的巨擺稱作“傅科擺”，而世界各地的好多天文館和物理教學場所都會設(shè)置傅科擺。
位于北京西直門外的北京天文館里也有一個傅科擺，大家有空可以去親眼看看，親自感受一下地球的自轉(zhuǎn)。
盧瑟福發(fā)現(xiàn)核子實驗
1911年盧瑟福還在曼徹斯特大學做放射能實驗時，原子在人們的印象中好像是“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α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。
密立根的油滴實驗
很早以前，科學家就在研究電。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，讓一邊成為正電極，另一邊成為負電極。當小油滴通過空氣時，就會吸一些靜電，油滴下落的速度可以通過改變電板問的電壓來控制。
密立根不斷改變電壓，仔細觀察每一顆油滴的運動。經(jīng)過反復試驗，10年后，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。
埃拉托色尼測量地球圓周長
古埃及有一個現(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世紀亞歷山大圖書館的館長，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，在垂直方向偏離了大約7°。
假設(shè)地球是球狀，那么它的圓周應(yīng)跨越360°。如果兩座城市成7°，就是7／360的圓周，就是當時5000個希臘運動場的距離。因此地球周長應(yīng)該是25萬個希臘運動場。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)。
—THE END—
編輯?∑Gemini
來源：中學物理通
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總結(jié)
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