十大经典物理实验省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

十大经典物理试验十大经典物理试验 第四组 王腾第1页NO.1:托马斯杨双缝演示应用于电子干涉试验 牛顿和托马斯杨对光性质研究得出结论都不完全正确。光既不是简单由微粒组成，也不是一个单纯波。20 世纪初，麦克斯普克朗和阿尔伯特爱因斯坦分别指出一个叫光子东西发出光和吸收光。不过其它试验还是证实光是一个波状物。经过几十年发展量子学说最终总结了两个矛盾真理：光子和亚原子微粒（如电子、光子等等）是同时含有两种性质微粒，物理上称它们：波粒二象性。将托马斯杨双缝演示改造一下能够很好地说明这一点。科学家们用电子流代替光束来解释这个试验。依据量子力学，电粒子流被分为两股，被分得更小粒子流产生波效应，它们相互影响，以至产生像托马斯杨双缝演示中出现加强光和阴影。这说明微粒也有波效应。第2页NO.2：伽利略自由落体试验 在 16 世纪末，人人都认为重量大物体比重量小物体下落得快，因为伟大亚里士多德已经这么说了。伽利略，当初在比萨大学数学系任职，他大胆地向公众观点挑战。著名比萨斜塔试验已经成为科学中一个故事：他从斜塔上同时扔下一轻一重物体，让大家看到两个物体同时落地。伽利略挑战亚里士多德代价可能是他失去了工作，但他展示是自然界本质，而不是人类权威，科学作出了最终裁决。第3页NO.3：罗伯特米利肯油滴试验 很早以前，科学家就在研究电。人们知道这种无形物质能够从天上闪电中得到，也能够经过摩擦头发得到。1897 年，英国物理学家 J J 托马斯已经确立电流是由带负电粒子即电子组成。1909 年美国科学家罗伯特米利肯开始测量电流电荷。米利肯用一个香水瓶喷头向一个透明小盒子里喷油滴。小盒子顶部和底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。当小油滴经过空气时，就会吸一些静电，油滴下落速度能够经过改变电板间电压来控制。米利肯不停改变电压，仔细观察每一颗油滴运动。经过重复试验，米利肯得出结论：电荷值是某个固定常量，最小单位就是单个电子带电量。第4页NO.4：牛顿棱镜分解太阳光 艾萨克牛顿出生那年，伽利略与世长辞。牛顿 1665 年毕业于剑桥大学三一学院，以后因躲避鼠疫在家里呆了两年，以后顺利地得到了工作。当初大家都认为白光是一个纯没有其它颜色光（亚里士多德就是这么认为），而彩色光是一个不知何故发生改变光。为了验证这个假设，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一样颜色，以后我们称作为光谱。人们知道彩虹五颜六色，不过他们认为那是因为不正常。牛顿结论是：正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色有不一样色谱才形成了表面上颜色单一白色光，假如你深入地看看，会发觉白光是非常漂亮。第5页NO.5：托马斯杨光干涉试验 牛顿也不是永远正确。在屡次争吵后，牛顿让科学界接收了这么观点：光是由微粒组成，而不是一个波。1830 年，英国医生、物理学家托马斯杨用试验来验证这一观点。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洞。让光线透过，并用一面镜子反射透过光线。然后他用一个厚约 1 30 英寸纸片把这束光从中间分成两束。结果看到了相交光线和阴影。这说明两束光线能够像波一样相互干涉。这个试验为一个世纪后量子学说创建起到了至关主要作用。第6页NO.6：卡文迪许扭矩试验 牛顿另一伟大贡献是他万有引力定律，不过万有引力到底多大？18 世纪末，英国科学家亨利卡文迪许决定要找出这个引力。他将两边系有小金属球 6 英尺木棒用金属线悬吊起来，这个木棒就像哑铃一样。再将两个 350 磅重铅球放在相当近地方，以产生足够引力让哑铃转动，并扭转金属线。然后用自制仪器测量出微小转动。测量结果惊人准确，他测出了万有引力恒量参数，在此基础上卡文迪许计算地球密度和质量。卡文迪许计算结果是：地球重 6.0 1024 千克，或者说 13 万亿万亿磅。第7页NO.7：埃拉托色尼测量地球圆周长古埃及一个现名为阿斯旺小镇。在这个小镇上，夏至日正午阳光悬在头顶：物体没有影子，阳光直接射入深水井中。埃拉托色尼是公元前 3 世纪亚历山大图书馆馆长，他意识到这一信息能够帮助他预计地球周长。在以后几年里同一天、同一时间，他在亚历山大测量了同一地点物体影子。发觉太阳光线有轻微倾斜，在垂直方向偏离大约 7 度角。剩下就是几何学问题了。假设地球是球状，那么它圆周应跨越 360 度。假如两座城市成 7 度角，就是 7 360 圆周，就是当初 5000 个希腊运动场距离。所以地球周长应该是 25 万个希腊运动场。今天，经过航迹测算，我们知道埃拉托色尼测量误差仅仅在 5 以内。第8页NO.8：伽利略加速度试验 伽利略继续提炼他相关物体移动观点。他做了一个 6 米多长，3 米多宽光滑直木板槽。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次下滑时间，研究它们之间关系。亚里士多德曾预言滚动球速度是均匀不变：铜球滚动两倍时间就走出两倍旅程。伽利略却证实铜球滚动旅程和时间平方成百分比：两倍时间里，铜球滚动 4 倍距离，因为存在恒定重力加速度。第9页NO.9：卢瑟福发觉核子试验 1911 年卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能试验时，原子在人们印象中就好像是“葡萄干布丁”，大量正电荷聚集糊状物质，中间包含着电子微粒。不过他和他助手发觉向金箔发射带正电阿尔法微粒时有少许被弹回，这使他们非常吃惊。卢瑟福计算出原子并不是一团糊状物质，大部分物质集中在一个中心小核上，现在叫作核子，电子在它周围围绕。第10页NO.10：米歇尔傅科钟摆试验 去年，科学家们在南极安置一个摆钟，并观察它摆动。他们是在重复 1851 年巴黎一个著名试验。1851 年法国科学家傅科在公众面前做了一个试验，用一根长 220 英尺钢丝将一个 62 磅重头上带有铁笔铁球悬挂在屋顶下，观察统计它前后摆动轨迹。周围观众发觉钟摆每次摆动都会稍稍偏离原轨迹并发生旋转时，无不诧异。实际上这是因为房屋在缓缓移动。傅科演示说明地球是在围绕地轴自转。在巴黎纬度上，钟摆轨迹是顺时针方向，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，转动周期是 24 小时。第11页