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物理“大咖”们的经典实验


2022-07-29 00:25:17 宝宝睡前故事



爱科技的童鞋们一定都对物理知识感兴趣,其中最有趣的莫过于自己动手做物理实验了。历史上也有很多物理学科方面的经典实验,实验者们用最简单的仪器和设备发现了最根本、最精简的科学概念,解除了们长久的困惑和不解,开辟了类对自然界的崭新认识。
了解一些物理大咖的经典实验,说不定会开启你大脑中的奇思妙想呢!
1851年法国科学家米歇尔傅科当众做了一个实验:用一根长67m的钢丝吊着一个重28kg、带有铁笔的铁球并将其悬挂在屋顶下,观测记录它的摆动轨迹。当周围的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,无不感到惊讶。
傅科的演示说明地球围绕地轴旋转。在巴黎的纬度上,钟摆的轨迹是顺时针方向,30小时一周期。在南半球钟摆应是逆时针转动,而在赤道上将不会转动,在南极的转动周期是24小时。
1911年,卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能实验时,原子在们的印象中好比葡萄干布丁在大量正电荷聚集的糊状物质中间包含着电子微粒。
然而,卢瑟福和他的助手惊讶地发现,向金箔发射带正电的阿尔法微粒时有少量被弹回,他们因此计算出原子并不是一团糊状物质,而是大部分物质集中在一个中心小核上,电子在它周围环绕。
亚里士多德曾预言,滚动球的速度是均匀不变的,即铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成比例:两倍的时间里,铜球滚动4倍的距离,因为存在重力加速度。
他先做了一个长约6m、宽约3m的光滑直木板槽,再把木板槽倾斜固定,让铜球从木槽顶端沿斜面滑下,最后测量铜球每次下滑的时间和距离,研究它们之间的关系。
公元前3世纪,在埃及一个名叫阿斯瓦的小镇上,夏至正午的阳光正投射在头顶,物体没有影子,太阳光直接照入井中。埃拉托色尼意识到这可以帮助他测量地球的圆周。
在几年后同一天的同一时间,他记录了同一地点物体的影子。结果他发现太阳光线稍有偏离,与垂直方向大约成7角。假设地球是球状,那么它的圆周应是360。如果两座城市成7角,就是7/360的圆周,相当于当时5000个希腊运动场的距离,因此地球圆周应该是25万个希腊运动场。现在我们知道,埃拉托色尼的测量误差仅仅在5%以内。
牛顿在物理学上的重要贡献之一是万有引力理论:两个物体之间的吸引力与它们质量的平方成正比,与它们距离的平方成反比。但是万有引力到底多大?
18世纪末,英国科学家亨利卡文迪许决定要找到一个计算方法。他把两头带有金属球的1。82m长的木棒用金属线悬吊起来,再将两个重158。75kg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幅度。
卡文迪许测出了万有引力的参数恒量,且结果惊地准确。在此基础上,还可计算地球的密度和质量。
牛顿也不是永远都对,他曾认为光是由微粒组成的,而不是一种波。1830年,英国医生兼物理学家托马斯杨向这个观点发起了挑战。
他在百叶窗上开了个小洞,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。接着用一块厚约0。84mm的纸片把这束光从中间分成两束,结果发现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。这个实验为一个世纪后量子学说的创立起到了至关重要的作用。
物理学家们一直对电充满了好奇。1897年,英国物理学家托马斯已经知道如何获取负电荷电流。1909年,美国科学家罗伯特米利肯开始测量电流的电荷。
他用一个香水瓶的喷头向一个透明小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别放有一个通正电和通负电的电板。当小油滴通过空气时,就带有了一些静电,它们下落的速度可以通过改变电板的电压来控制。
经过反复实验,米利肯得出结论: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。
16世纪末,都认为重量大的物体比重量小的物体下落得快,因为伟大的亚里士多德曾这么说过。伽利略当时在比萨大学数学系任职,他大胆地向传统观点挑战,从斜塔上同时扔下一轻一重两个物体,让大家看到两个物体同时落地的现象,向世展示了尊重科学而不畏权威的可贵精神


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