十大最美丽的物理实验
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十大最美丽的物理实验
用最简单的仪器和设备，发现了 最根本、最单纯的科学概念。这些实 验“抓”住了物理学家眼中“最美的” 科学之魂，就像是一座座历史丰碑一 样，把人们长久的困惑和含糊顷刻间 一扫而空，使人们对自然界的认识更 加清晰。
十大最美丽的物理实验
1. 埃拉托色尼测量地球圆周长
十大最美丽的物理实验
十大最美丽的物理实验
磁性与无规系统的电子结构
十大最美丽的物理实验
6.光的干涉实验
Thomas Young(1773-1829) 英国医生、物理学家，光的波动说的奠基人之一。
十大最美丽的物理实验
水波干涉
十大最美丽的物理实验
十大最美丽的物理实验
蜻蜓的翅膀
肥皂泡
十大最美丽的物理实验
7. 钟摆实验
1851年，法国科学家傅科在巴黎国葬院做了一个实 验，用一根长220英尺（67米）的钢丝吊着一个62磅重 （28千克）的头上带有铁笔的铁球悬挂在屋顶下，观测 记录它的摆动轨迹。
Millikan（1868-1953）
十大最美丽的物理实验
密立根在诺贝尔奖颁奖典礼上，表示他的计算值等于 1.5924(17) x 10−19库仑。到2006年为止，已知基本电荷值 为1.60217653(14) x 10−19库仑。
十大最美丽的物理实验
9. α 粒子散射实验
1911年，卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能实验时， 原子(atom )在人们的印象中就好像是“葡萄干布丁”， 大量正电荷聚集的糊状物质，中间包含着电子微粒。但 是他和他的助手发现，向金箔发射带正电的阿尔法微粒 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，现在叫做原子核，电子在它周围环绕。
十大最美丽的物理实验
伽利略(Galileo ，1564-1642)，意大利物理学 家、天文学家、哲学家，近代实验科学的先驱者。 被誉为是“经典物理学的奠基人”。
十大最美丽的物理实验
伽利略当时在比萨大学数学系 任职。1590年的一天，他将一个重 10磅，一个重1磅的铁球同时抛下， 几乎同时落地 。在场的观众个个目 瞪口呆。这一实验验证了亚里士多 德的说法是错误的，使统治人们思 想长达2000多年的亚里士多德的学 说第一次发生动摇。伽利略对亚里 士多德的挑战展示了自然界的本质。 著名的比萨斜塔实验已经成为科学 史上的经典。
十大最美丽的物理实验
mm ' 万有引力定律： F G 2 r
G
M g G 2 R
gR2 M G
测量结果惊人的准确，他测出了万有引力常量的参数：
G 6.754× 10
-11
G 6.67× -11 10
在此基础上卡文迪许计算了地球质量。
卡文迪许的计算结果是：地球重 5.96×1024 千克。
十大最美丽的物理实验
4. 棱镜分解太阳光
Newton（1643-1727） 英国物理学家、天文学家、数学家。
当时大家都认为白光是一种纯的、没有其他颜色的 光（亚里士多德就是这样认为的），而彩色光是一种不 知何故发生了变化的光。
十大最美丽的物理实验
从1670年到1672年，牛顿研究了光的折射。他把一 面三棱镜放在阳光下，透过三棱镜，墙上出现不同颜色的 光带，后来我们称作为光谱。人们知道彩虹由七种颜色组 成，但是大家认为那是不正常的。牛顿的结论是：正是这 些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色有不同的色谱才形 成了表面上颜色单一的白色光。
十大最美丽的物理实验
从卡文迪什实验室出身的诺贝尔奖获得者
姓 名 瑞利第三
获奖年代
主要贡献 研究气体密度，发现氮
1904
J.J.汤姆逊
卢瑟福
1906
1908 1915
气体导电的理论和实验研究
因放射性研究获诺贝尔化学奖 用x射线研究晶体结构
W.H.布拉格、 W.L.布拉格 巴克拉
阿斯顿 C.T.R.威尔逊 理查森
主要贡献
上层大气的物理特性 改进威尔逊云室，由此在核物理和宇宙线 领域中有新发现 照相乳胶探测技术 用人工加速原子粒子实现原子核嬗变 用X射线分析大分子蛋白质的结构，获诺 贝尔化学奖 发现去氧核糖核酸的双螺旋结构，获生理 学或医学奖
布莱开特
鲍威尔 科克拉夫特、瓦 尔顿 泡鲁兹、肯德纽 克利克、瓦森、 维尔京斯
十大最美丽的物理实验
3.加速度实验(斜面实验)
伽利略做了一个6米多长、3米多宽的光滑直木板 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的时间，研究 它们之间的关系。
伽利略的斜面加速度实验原理图
十大最美丽的物理实验
“为了测量时间，我们把一只盛水的大容器置于 高处，在容器底部焊上一根口径很细的管子，用小杯 子收集每次下降时由细管流出的水，不管是全程还是 全程的一部分，都可收集到。然后用极精密的天平称 水的重量；这些水重之差和比值就给出时间之差和比 值。精确度如此之高，以至于重复许多遍，结果都没 有明显的差别。” 亚里士多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的； 铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证 明铜球滚动的路程与时间的平方成比例：两倍的时间 里，铜球滚动4倍的距离。伽利略对运动基本概念， 包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了 严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力 学史上是一个里程碑。
地球周长：37500km
地球平均半径：6372.8km
地球周长：40021.2km
十大最美丽的物理实验
2. 自由落体实验
两个不同质量的物体从同一高度落下，哪个先落地？
亚里士多德（公元前384年—前322年），古希腊 斯吉塔拉人，世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和 教育家之一。 “物体下落的速度和重量成正比。”
十大最美丽的物理实验
5. 卡文迪许扭矩实验
Henry Cavendish（1731-1810）
英国科学家，称量地球第一人。
十大最美丽的物理实验
18世纪末，亨利·卡文迪许将两边系有小金属球的 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磅重的铅球放在相当近的地方，以产生足够 的引力让哑铃转动，并扭动金属线。然后用自制的仪器 测量出微小的转动。如图是卡文迪许使用的装置图。
十大最美丽的物理实验
北京天文台里的傅科摆
十大最美丽的物理实验
8. 油滴实验
十大最美丽的物理实验
8. 油滴实验
1909年，美国科学家罗伯特· 密立根开始测量电荷的电量。他用 一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 部分别放有一个通正电的电板，另 一个放着通负电的电板。当小油滴 通过空气时，就带有了一些静电， 他们下落的速度可以通过改变电板 的电压来控制。经过反复实验密立 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。
傅科摆
十大最美丽的物理实验
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，无不惊讶。实际上这是因为房屋在缓缓移动。 傅科的演示说明地球是在围绕地轴旋转。 在巴黎的纬度上，钟摆的轨迹是顺时针方向，30个 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。在两个极点，转动周期是24小时。
10. 电子干涉实验
1960年，约恩孙直接做了电子双缝干涉实验，从屏 上摄得了类似杨氏双缝干涉图样的照片。根据量子力学， 电粒子流被分为两股，被分得更小的粒子流产生波的效应， 它们相互影响，以至产生像托马斯·杨的双缝实验中出现 的加强光和阴影。这说明微粒也有波的效应。
屏幕
电子
狭缝
干涉条纹
十大最美丽的物理实验
放射源 粒子
金箔
荧光屏 显微镜
十大最美丽的物理实验
Rutherford（1871-1937）
被公认为是二十世纪最伟大的实验物理学家，在放 射性和原子结构等方面，都做出了重大的贡献。他被称 为近代原子核物理之父。
十大最美丽的物理实验
原子结构模型的认识历程 原子内部
电子
轨道 原子核
十大最美丽的物理实验
1948
1950 1951 1962
1962
十大最美丽的物理实验
从卡文迪什实验室出身的诺贝尔奖获得者
姓 名
克利克、瓦森、 维尔京斯 约瑟夫逊 赖尔
获奖年代
主要贡献
发现去氧核糖核酸的双螺旋结构，获生 理学或医学奖 发现约瑟夫森Biblioteka Baidu应 射电天文学
1962 1973 1974
赫维赛
莫特
1974
1977
发现脉冲星
公元前三世纪，希腊天 文学家Eratosthenes(公元 前276—194）发现在夏至这 一天，太阳直射到赛伊城 （今埃及阿斯旺城）的水井 中。而在同一天、同一时间， 观察亚历山大城的物体的影 子发现，太阳光线有轻微的 倾斜，在垂直方向偏离大约7 度角。
十大最美丽的物理实验
假设地球是球状，那么它的圆周应跨360度。如果两 座城市成7度角，就是7/360的圆周，也就是当时5000个 希腊运动场的距离。因此地球周长应该有25万个希腊运 动场长。今天，通过航迹测算，我们惊叹埃拉托色尼的测 量误差仅仅在5％以内。
1917
1922 1927 1928
发现作为元素特征的二次X射线
因发明质谱仪而获诺贝尔化学奖 发现用蒸汽凝结的方法显示带电粒子的轨迹 研究热电子现象，发现理查森定律
查德威克
1935
发现中子
十大最美丽的物理实验
从卡文迪什实验室出身的诺贝尔奖获得者
姓 名
G.P.汤拇逊 阿普列顿
获奖年代
1937 1947 电子衍射
用最简单的仪器和设备，发现了 最根本、最单纯的科学概念。这些实 验“抓”住了物理学家眼中“最美的” 科学之魂，就像是一座座历史丰碑一 样，把人们长久的困惑和含糊顷刻间 一扫而空，使人们对自然界的认识更 加清晰。
十大最美丽的物理实验
1. 埃拉托色尼测量地球圆周长
十大最美丽的物理实验
十大最美丽的物理实验
磁性与无规系统的电子结构
十大最美丽的物理实验
6.光的干涉实验
Thomas Young(1773-1829) 英国医生、物理学家，光的波动说的奠基人之一。
十大最美丽的物理实验
水波干涉
十大最美丽的物理实验
十大最美丽的物理实验
蜻蜓的翅膀
肥皂泡
十大最美丽的物理实验
7. 钟摆实验
1851年，法国科学家傅科在巴黎国葬院做了一个实 验，用一根长220英尺（67米）的钢丝吊着一个62磅重 （28千克）的头上带有铁笔的铁球悬挂在屋顶下，观测 记录它的摆动轨迹。
Millikan（1868-1953）
十大最美丽的物理实验
密立根在诺贝尔奖颁奖典礼上，表示他的计算值等于 1.5924(17) x 10−19库仑。到2006年为止，已知基本电荷值 为1.60217653(14) x 10−19库仑。
十大最美丽的物理实验
9. α 粒子散射实验
1911年，卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能实验时， 原子(atom )在人们的印象中就好像是“葡萄干布丁”， 大量正电荷聚集的糊状物质，中间包含着电子微粒。但 是他和他的助手发现，向金箔发射带正电的阿尔法微粒 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，现在叫做原子核，电子在它周围环绕。
十大最美丽的物理实验
伽利略(Galileo ，1564-1642)，意大利物理学 家、天文学家、哲学家，近代实验科学的先驱者。 被誉为是“经典物理学的奠基人”。
十大最美丽的物理实验
伽利略当时在比萨大学数学系 任职。1590年的一天，他将一个重 10磅，一个重1磅的铁球同时抛下， 几乎同时落地 。在场的观众个个目 瞪口呆。这一实验验证了亚里士多 德的说法是错误的，使统治人们思 想长达2000多年的亚里士多德的学 说第一次发生动摇。伽利略对亚里 士多德的挑战展示了自然界的本质。 著名的比萨斜塔实验已经成为科学 史上的经典。
十大最美丽的物理实验
mm ' 万有引力定律： F G 2 r
G
M g G 2 R
gR2 M G
测量结果惊人的准确，他测出了万有引力常量的参数：
G 6.754× 10
-11
G 6.67× -11 10
在此基础上卡文迪许计算了地球质量。
卡文迪许的计算结果是：地球重 5.96×1024 千克。
十大最美丽的物理实验
4. 棱镜分解太阳光
Newton（1643-1727） 英国物理学家、天文学家、数学家。
当时大家都认为白光是一种纯的、没有其他颜色的 光（亚里士多德就是这样认为的），而彩色光是一种不 知何故发生了变化的光。
十大最美丽的物理实验
从1670年到1672年，牛顿研究了光的折射。他把一 面三棱镜放在阳光下，透过三棱镜，墙上出现不同颜色的 光带，后来我们称作为光谱。人们知道彩虹由七种颜色组 成，但是大家认为那是不正常的。牛顿的结论是：正是这 些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色有不同的色谱才形 成了表面上颜色单一的白色光。
十大最美丽的物理实验
从卡文迪什实验室出身的诺贝尔奖获得者
姓 名 瑞利第三
获奖年代
主要贡献 研究气体密度，发现氮
1904
J.J.汤姆逊
卢瑟福
1906
1908 1915
气体导电的理论和实验研究
因放射性研究获诺贝尔化学奖 用x射线研究晶体结构
W.H.布拉格、 W.L.布拉格 巴克拉
阿斯顿 C.T.R.威尔逊 理查森
主要贡献
上层大气的物理特性 改进威尔逊云室，由此在核物理和宇宙线 领域中有新发现 照相乳胶探测技术 用人工加速原子粒子实现原子核嬗变 用X射线分析大分子蛋白质的结构，获诺 贝尔化学奖 发现去氧核糖核酸的双螺旋结构，获生理 学或医学奖
布莱开特
鲍威尔 科克拉夫特、瓦 尔顿 泡鲁兹、肯德纽 克利克、瓦森、 维尔京斯
十大最美丽的物理实验
3.加速度实验(斜面实验)
伽利略做了一个6米多长、3米多宽的光滑直木板 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的时间，研究 它们之间的关系。
伽利略的斜面加速度实验原理图
十大最美丽的物理实验
“为了测量时间，我们把一只盛水的大容器置于 高处，在容器底部焊上一根口径很细的管子，用小杯 子收集每次下降时由细管流出的水，不管是全程还是 全程的一部分，都可收集到。然后用极精密的天平称 水的重量；这些水重之差和比值就给出时间之差和比 值。精确度如此之高，以至于重复许多遍，结果都没 有明显的差别。” 亚里士多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的； 铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证 明铜球滚动的路程与时间的平方成比例：两倍的时间 里，铜球滚动4倍的距离。伽利略对运动基本概念， 包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了 严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力 学史上是一个里程碑。
地球周长：37500km
地球平均半径：6372.8km
地球周长：40021.2km
十大最美丽的物理实验
2. 自由落体实验
两个不同质量的物体从同一高度落下，哪个先落地？
亚里士多德（公元前384年—前322年），古希腊 斯吉塔拉人，世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和 教育家之一。 “物体下落的速度和重量成正比。”
十大最美丽的物理实验
5. 卡文迪许扭矩实验
Henry Cavendish（1731-1810）
英国科学家，称量地球第一人。
十大最美丽的物理实验
18世纪末，亨利·卡文迪许将两边系有小金属球的 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磅重的铅球放在相当近的地方，以产生足够 的引力让哑铃转动，并扭动金属线。然后用自制的仪器 测量出微小的转动。如图是卡文迪许使用的装置图。
十大最美丽的物理实验
北京天文台里的傅科摆
十大最美丽的物理实验
8. 油滴实验
十大最美丽的物理实验
8. 油滴实验
1909年，美国科学家罗伯特· 密立根开始测量电荷的电量。他用 一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 部分别放有一个通正电的电板，另 一个放着通负电的电板。当小油滴 通过空气时，就带有了一些静电， 他们下落的速度可以通过改变电板 的电压来控制。经过反复实验密立 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。
傅科摆
十大最美丽的物理实验
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，无不惊讶。实际上这是因为房屋在缓缓移动。 傅科的演示说明地球是在围绕地轴旋转。 在巴黎的纬度上，钟摆的轨迹是顺时针方向，30个 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。在两个极点，转动周期是24小时。
10. 电子干涉实验
1960年，约恩孙直接做了电子双缝干涉实验，从屏 上摄得了类似杨氏双缝干涉图样的照片。根据量子力学， 电粒子流被分为两股，被分得更小的粒子流产生波的效应， 它们相互影响，以至产生像托马斯·杨的双缝实验中出现 的加强光和阴影。这说明微粒也有波的效应。
屏幕
电子
狭缝
干涉条纹
十大最美丽的物理实验
放射源 粒子
金箔
荧光屏 显微镜
十大最美丽的物理实验
Rutherford（1871-1937）
被公认为是二十世纪最伟大的实验物理学家，在放 射性和原子结构等方面，都做出了重大的贡献。他被称 为近代原子核物理之父。
十大最美丽的物理实验
原子结构模型的认识历程 原子内部
电子
轨道 原子核
十大最美丽的物理实验
1948
1950 1951 1962
1962
十大最美丽的物理实验
从卡文迪什实验室出身的诺贝尔奖获得者
姓 名
克利克、瓦森、 维尔京斯 约瑟夫逊 赖尔
获奖年代
主要贡献
发现去氧核糖核酸的双螺旋结构，获生 理学或医学奖 发现约瑟夫森Biblioteka Baidu应 射电天文学
1962 1973 1974
赫维赛
莫特
1974
1977
发现脉冲星
公元前三世纪，希腊天 文学家Eratosthenes(公元 前276—194）发现在夏至这 一天，太阳直射到赛伊城 （今埃及阿斯旺城）的水井 中。而在同一天、同一时间， 观察亚历山大城的物体的影 子发现，太阳光线有轻微的 倾斜，在垂直方向偏离大约7 度角。
十大最美丽的物理实验
假设地球是球状，那么它的圆周应跨360度。如果两 座城市成7度角，就是7/360的圆周，也就是当时5000个 希腊运动场的距离。因此地球周长应该有25万个希腊运 动场长。今天，通过航迹测算，我们惊叹埃拉托色尼的测 量误差仅仅在5％以内。
1917
1922 1927 1928
发现作为元素特征的二次X射线
因发明质谱仪而获诺贝尔化学奖 发现用蒸汽凝结的方法显示带电粒子的轨迹 研究热电子现象，发现理查森定律
查德威克
1935
发现中子
十大最美丽的物理实验
从卡文迪什实验室出身的诺贝尔奖获得者
姓 名
G.P.汤拇逊 阿普列顿
获奖年代
1937 1947 电子衍射