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1、GUANGXI NORMAL UNIVERSITY 这十大实验，使用最简单这十大实验，使用最简单的仪器和设备，发现了最根本、的仪器和设备，发现了最根本、最单纯的科学概念，就像是一最单纯的科学概念，就像是一座座历史丰碑一样，使人们长座座历史丰碑一样，使人们长久的困惑和含糊顷刻间一扫而久的困惑和含糊顷刻间一扫而空，被认为是史上最美丽的十空，被认为是史上最美丽的十大实验。大实验。GUANGXI NORMAL UNIVERSITY 2020世纪初，普克朗和爱因斯坦分别指出一世纪初，普克朗和爱因斯坦分别指出一种叫光子的东西发出光和吸收光，但当时的实种叫光子的东西发出光和吸收光，但当时的实验却证明光是一种
2、波状物。验却证明光是一种波状物。 19601960年，约恩孙从改进的电子年，约恩孙从改进的电子双缝干涉实验中，真正实现了波粒双缝干涉实验中，真正实现了波粒二象性的证明。二象性的证明。 左图所示：电粒子流被分为两左图所示：电粒子流被分为两股，产生像托马斯股，产生像托马斯 杨的双缝演示杨的双缝演示中出现的加强光和阴影。四种图像中出现的加强光和阴影。四种图像说明粒子流微粒也有波的效应。说明粒子流微粒也有波的效应。Thomas Young (1773-1829) GUANGXI NORMAL UNIVERSITYGalileo Galilei (1564-1642) 著名的比萨斜塔实验已经成为科学中的
3、著名的比萨斜塔实验已经成为科学中的一个故事，伽利略挑战展示的是自然界的本一个故事，伽利略挑战展示的是自然界的本质，而不是人类的权威，科学做出了最后的质，而不是人类的权威，科学做出了最后的裁决裁决。 在在1616世纪末，人人都认为重量大的物体比世纪末，人人都认为重量大的物体比重量小的物体下落得快。伽利略，当时在比萨重量小的物体下落得快。伽利略，当时在比萨大学数学系任职，他大胆地向公众的观点提出大学数学系任职，他大胆地向公众的观点提出挑战挑战 ：他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体，：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。让大家看到两个物体同时落地。著名的比萨斜塔GUANGXI
4、 NORMAL UNIVERSITY 密立根不断改变电压，仔细观察每一密立根不断改变电压，仔细观察每一颗油滴的运动，使得电场力与空气浮力的颗油滴的运动，使得电场力与空气浮力的和等于重力，如右图。经过反复试，密立和等于重力，如右图。经过反复试，密立根得出结论：电荷的值是某个固定的常量，根得出结论：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。最小单位就是单个电子的带电量。 19091909年，美国科学家罗伯特年，美国科学家罗伯特密立根用一密立根用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴。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连接一个电池，让一小盒子的顶部和底
5、部分别连接一个电池，让一边成为正电板，另一边成为负电板。油滴下落边成为正电板，另一边成为负电板。油滴下落的速度可以通过改变电板间的电压来控制。的速度可以通过改变电板间的电压来控制。密立根的油滴实验原理图Robert A. Millikan (1868-1953 ) GUANGXI NORMAL UNIVERSITY 牛顿的结论是：正是这牛顿的结论是：正是这些红、橙、黄、绿、蓝、靛些红、橙、黄、绿、蓝、靛紫基础色有不同的色谱才形紫基础色有不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色成了表面上颜色单一的白色光光 牛顿牛顿16651665年毕业于剑桥大学的三一学院。年毕业于剑桥大学的三一学院。当时大家都认
6、为白光是一种纯的光，而彩色光当时大家都认为白光是一种纯的光，而彩色光是一种不知何故发生变化的光。为了验证这个是一种不知何故发生变化的光。为了验证这个假设，牛顿让太阳光经一块三棱镜折射后并投假设，牛顿让太阳光经一块三棱镜折射后并投射在墙上，结果发现太阳光被分解为不同颜色射在墙上，结果发现太阳光被分解为不同颜色Isaac Newton (1643-1727) 。牛顿在做太阳光经三棱镜折射的实验。GUANGXI NORMAL UNIVERSITY 下左图是自然白光双缝下左图是自然白光双缝干涉条纹，下右图是红光双干涉条纹，下右图是红光双缝干涉条纹。这说明两束光缝干涉条纹。这说明两束光线可以像波一样相互
7、干涉。线可以像波一样相互干涉。 牛顿也不是永远正确。在多次争吵后，牛牛顿也不是永远正确。在多次争吵后，牛顿让科学界接受了这样的观点：光是由微粒组顿让科学界接受了这样的观点：光是由微粒组成的，而不是一种波。成的，而不是一种波。18301830年，英国医生、物年，英国医生、物理学家托马斯理学家托马斯杨用实验来验证这一观点。杨用实验来验证这一观点。自然白光的双缝进干涉图 红光的双缝进干涉图Thomas Young (1773-1829) GUANGXI NORMAL UNIVERSITY线线悬悬吊吊起起来来；再再将将两两个个3 35 50 0磅磅重重的的铅铅球球放放在在离离小小球球相相当当近近的的地
8、地方方，以以产产生生足足够够的的引引力力使使木木架架扭扭动动。然然后后用用自自制制仪仪器器测测量量微微小小转转动动。计计算算结结果果是是：地地球球重重量量为为6 6. .0 01 10 02 24 4公公斤斤。 牛顿的另一伟大贡献是他的万有引力定律，牛顿的另一伟大贡献是他的万有引力定律，但是万有引力到底多大？但是万有引力到底多大？1818世纪末，英国科学世纪末，英国科学家亨利家亨利卡文迪许卡文迪许 的实验给出了验证。的实验给出了验证。卡文迪许使用的装置图 他他将将两两边边系系有有小小金金属属球球的的木木架架用用金金属属Henry Cavendish (1731-1810) GUANGXI NO
9、RMAL UNIVERSITY丈量了同一地点的物体的影子。发丈量了同一地点的物体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜，在垂直现太阳光线有轻微的倾斜，在垂直向偏离大约向偏离大约7 7度角。并根据右图示度角。并根据右图示原理测量出地球的周长。通过今天原理测量出地球的周长。通过今天测算，当年的误差仅在测算，当年的误差仅在5 5以内。以内。 埃埃拉拉托托色色尼尼是是公公元元前前3 3世世纪纪亚亚历历山山大大图图书书馆馆馆馆长长，古古埃埃及及的的一一个个现现名名为为阿阿斯斯旺旺的的小小镇镇。在在这这个个小小镇镇上上，夏夏日日正正午午的的阳阳光光悬悬在在头头顶顶：物物体体没没有有影影子子，阳阳光光直直接接射射
10、入入深深水水井井中中。埃埃拉拉托托埃拉托色尼测量地球圆周长示意图 色色尼尼在在以以后后几几年年里里的的同同一一天天、同同一一时时间间，Eratosthenes (B.c.275-B.c.193) GUANGXI NORMAL UNIVERSITY 伽利略做了一个伽利略做了一个6 6米多长、米多长、3 3米多宽的光滑米多宽的光滑直木板槽。再把这个木板槽倾斜固定，让铜球直木板槽。再把这个木板槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面滑下，并用水钟测量铜球每从木槽顶端沿斜面滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，研究它们之间的关系。次下滑的时间，研究它们之间的关系。伽利略的加速度实验走出两倍的路程。伽利略却证
11、明铜走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成比例球滚动的路程和时间的平方成比例2 2倍的时间里，铜球滚动倍的时间里，铜球滚动4 4倍的距离，倍的距离，因为存在恒定的重力加速度。因为存在恒定的重力加速度。亚里士多德曾预言铜亚里士多德曾预言铜球滚动两倍的时球滚动两倍的时间就间就：Galileo Galilei (1564-1642) GUANGXI NORMAL UNIVERSITY 19111911年卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能年卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能实验时，原子在人们的印象中就好像是实验时，原子在人们的印象中就好像是“葡萄葡萄干布丁干布丁”，大量正电荷聚集的糊状物质，
12、中间，大量正电荷聚集的糊状物质，中间包含着电子微粒。包含着电子微粒。伽利略的加速度实验正电的阿尔法微粒时有少量被弹回，正电的阿尔法微粒时有少量被弹回，这使他们非常吃惊。卢瑟福计算出这使他们非常吃惊。卢瑟福计算出原子并不是团糊状物质，大部分物原子并不是团糊状物质，大部分物质集中在一个中心小核上，现在叫质集中在一个中心小核上，现在叫做核子，电子在它周围环绕。做核子，电子在它周围环绕。 但是他和他的助但是他和他的助手发现向金箔发射带手发现向金箔发射带Ernest Rutherford (1871-1937) GUANGXI NORMAL UNIVERSITY 近年，科学家们在南极重复了近年，科学家们
13、在南极重复了18511851年巴黎年巴黎的一个以法国科学家傅科命名的著名实验。傅的一个以法国科学家傅科命名的著名实验。傅科实验说明地球是在围绕地轴自转的。科实验说明地球是在围绕地轴自转的。 傅科钟摆实验的铁球悬挂在屋顶下，观测记录它前后摆的铁球悬挂在屋顶下，观测记录它前后摆动的轨迹。周围观众发现钟摆每次摆动都动的轨迹。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，实际上这会稍稍偏离原轨迹并发生旋转，实际上这是房屋在缓缓转动的结果。是房屋在缓缓转动的结果。 18511851年傅科在公众面前年傅科在公众面前用一根长用一根长220220英尺的钢丝将英尺的钢丝将一个一个 62 62磅重的上带有铁笔磅重的上带有铁笔J. B. L. Foucault (1819-1868) GUANGXI NORMAL UNIVERSITY 1、埃拉托色尼测量地球圆周长实验 2、伽利略的加速度实验 3、伽利略的自由落体实验 4、牛顿的棱镜分解太阳光实验 5、卡文迪许扭矩实验 6、托马斯杨的光干涉改进实验 7、托马斯杨的光双缝干涉实验 8、罗伯特密立根的油滴实验 9、傅科钟摆实验 10、卢瑟福发现核子实验
