物理实验杂志 世界十大最美物理实验

栏目:教育 2021-10-12 20:52:08
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两位美国学者在美国物理学家中做了一项调查,请他们提名有史以来十大最佳物理实验,结果发表在《美国物理世界》杂志上。

首先,将托马斯·杨的双缝演示应用于电子干扰测试

科学家们已经研究电学很长时间了。人们知道,这种看不见的物质可以从天上的闪电中获得,也可以通过摩擦头发获得。1897年,英国物理学家托马斯学会了如何获得负电荷电流。1909年,美国科学家罗伯特·密立根开始测量电流的电荷。

他用香水瓶的喷嘴把油喷到一个透明的小盒子里。小盒的顶部和底部分别设有正极板,另一个设有负极板。当油滴通过空气体时,会有一些静电,通过改变电板的电压可以控制其下落速度。经过反复实验,米利肯得出结论:电荷的值是一个固定的常数,最小单位是单个电子的电荷。

第四,牛顿棱镜分解阳光

牛顿的另一个伟大贡献是他的万有引力理论:两个物体之间的引力与每个物体的质量成正比,与它们的距离的平方成反比。但是引力有多大呢?

18世纪末,英国科学家亨利·卡文迪什决定寻找一种计算方法。他用金属丝挂了一根6英尺长的木棍,木棍两端有金属球。然后把两个350磅的球放在足够近的地方,吸引金属球旋转,从而使金属丝扭曲,然后用自制的仪器测量轻微的旋转。

测量结果出奇的准确,他测量了恒定的重力参数。在卡文迪什的基础上,可以计算出地球的密度和质量。地球重量:6.0× 10 24千克,即13万亿磅。

七、厄拉多塞测量地球的周长

公元前3世纪,在埃及一个叫阿斯瓦的小镇上,夏至时正午的太阳悬挂在头顶。物体没有影子,阳光直射到井里。厄拉多塞意识到这可以帮助他测量地球的周长。几年后,在同一天的同一时间,他在同一经度线上的城市亚历山大的井中记录了物体的影子。发现太阳光线略有偏离,与垂直方向形成约7度角。剩下的就是几何问题了。假设地球是球形的,它的周长应该是360度。如果两个城市形成7度角,就是7/360的圆,这是当时5000个希腊运动场的距离。因此,地球的周长应该是25万个希腊运动场。今天,我们知道厄拉多塞的测量误差只有5%以内。

八、伽利略的加速度测试

伽利略继续他对物体运动的研究。他做了一个光滑的直木槽,长6米多,宽3米。然后倾斜固定木槽,让铜球从木槽顶部滑下斜面。然后,测量铜球每次滑动的时间和距离,并研究它们之间的关系。亚里士多德预言滚球的速度是均匀不变的:铜球滚了两倍的时间,出去了两倍的距离。伽利略证明了铜球的滚动距离与时间的平方成正比:在两倍的时间内,铜球滚动了四倍的距离。因为重力的加速。

九、α粒子散射实验

卢瑟福从1909年开始做了著名的α粒子散射实验,推翻了汤姆逊的“枣糕模型”。在此基础上,卢瑟福提出了核结构模型。

实验中,准直α射线轰击微米厚度的金箔。大部分α粒子通过金箔后仍沿原方向运动,但少数α粒子偏转较大,少数α粒子偏转90°以上,有的甚至几乎达到180°反弹回来。

结果:大部分散射角很小,约1/8000散射大于90°;很少有散射角等于180°。

结论:正电荷集中在原子中心。

大部分α粒子穿透金箔:原子中有大的空,电子质量很小。

少量α粒子改变路径:原子内部有一个粒子,这个粒子很小,带正电。

很少有α粒子反弹回来:原子中的粒子尺寸很小,但质量相对较大。

1911年卢瑟福在曼彻斯特大学做放射性实验时,原子在人们的印象中就像是“李子布丁”,是一种糊料,里面聚集了大量的正电荷和电子粒子。但是他和他的助手们惊讶地发现,当向金箔开火时,少量带正电的α粒子反弹回来。卢瑟福计算出原子不是一团浆糊,大部分物质都集中在一个小小的中心原子核上。现在我们知道这个小原子核叫做原子核,电子围绕着它。

十、让·福柯摆实验

1851年,法国科学家福柯在公共场合做了一个实验,用一根220英尺长的钢丝将一个62磅重的铁球用铁笔挂在屋顶下的头上,观察并记录了它的摆动轨迹。周围的观众惊讶地发现,钟摆每次摆动都会稍微偏离原来的轨道并旋转。其实这是因为地球自转使地面不是一个惯性系,所以从地面看,向地球自转轴方向运动的物体会受到沿纬度线的惯性力。福柯的论证表明,地球是绕着它的轴旋转的。在巴黎的纬度上,钟摆的轨迹是顺时针的,周期为30小时。在南半球,钟摆应该逆时针旋转,但不是在赤道。在南极洲,自转周期为24小时。

物理世界无限精彩。也许,你经历过身体上的折磨,讨厌的公式,麻烦的细节,繁琐的计算,无法理解的分析。然而,当你真正体会到物理的美时,你会惊讶地发现其中蕴藏着无限的神奇和美好。