史上最美丽的十大物理实验
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自然白光的双缝进干涉图 红光的双缝进干涉图
GUANGXI NORMAL UNIVERSITY
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？18世纪末，英国科 学家亨利· 卡文迪许 的实验给出了验证。 他将两边系有小 Henry Cavendish 金属球的木架用金属 (1731-1810) 线悬吊起来；再将两个 350 磅重的 铅球放在离小球相当近的地方，以 产生足够的引力使木架扭动。然后 用自制仪器测量微小转动。计算结 果是：地球重量为6.0×1024公斤。 卡文迪许使用的装置图
喷雾器
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 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 ，最小单位就是单个电子的带电量。
A
F
B
F
油滴
显微镜
X
E
W
密立根的油滴实验原理图
GUANGXI NORMAL UNIVERSITY
Isaac Newton (1643-1727)
0
时间 距离 0 1 2 3 4 5 6 0 1 4 9
12 距离
24
16 25 36
36
0 1 2 3 4 5 6
时间
GUANGXI NORMAL UNIVERSITY
1911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“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。 Ernest Rutherford 但是他和他的助 (1871-1937) 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 伽利略的加速度实验 叫做核子，电子在它周围环绕。
傅科钟摆实验
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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
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埃拉托色尼是公元前 3 世纪亚历山大图书 馆馆长，古埃及的一个现名为阿斯旺的小镇。 在这个小镇上，夏日正午的阳光悬在头顶：物 体没有影子，阳光直接射入深水井中。埃拉托 Eratosthenes 色尼在以后几年里的 (B.c.275-B.c.193) 同一天、同一时间， 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 向偏离大约7度角。并根据右图示 原理测量出地球的周长。通过今天 埃拉托色尼测量地球圆周长示意图 测算，当年的误差仅在5％以内。
牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院。 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 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。
牛顿的结论是：正是这 些红、橙、黄、绿、蓝、靛 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 。
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 质，而不是人类的权威，科学做出了最后的 裁决。
著名的比萨斜塔
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Robert A. Millikan (1868-1953 )
1909年，美国科学家罗伯特· 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。 小盒子的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。油滴下落 的速度可以通过改变电板间的电压来控制。
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这十大实验，使用最简单 的仪器和设备，发现了最根本 、最单纯的科学概念，就像是 一座座历史丰碑一样，使人们 长久的困惑和含糊顷刻间一扫 而空，被认为是史上最美丽的 十大实验。
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Thomas Young (1773-1829)
B城 7.5度 北回归线 阳光 赤道 7.5度 A城
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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。 Galileo Galilei 亚里士多德曾预言铜 (1564-1642) 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： 2倍的时间里，铜球滚动4倍的距离 ，因为存在恒定的重力加速度。 伽利略的加速度实验
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近年，科学家们在南极重复了1851年巴黎 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。 1851年傅科在公众面前 J. B. L. Foucault 用一根长220英尺的钢丝将 (1819-1868) 一个 62磅重的上带有铁笔 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 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。
20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 验却证明光是一种波状物。 1960年，约恩孙从改进的电子 双缝干涉实验中，真正实现了波粒 二象性的证明。 左图所示：电粒子流被分为两 股，产生像托马斯 · 杨的双缝演示 中出现的加强光和阴影。四种图像 说明百度文库子流微粒也有波的效应。
牛顿在做太阳光经三棱镜折射的实验
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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 成的，而不是一种波。1830年，英国医生、物 理学家托马斯· 杨用实验来验证这一观点。
Thomas Young (1773-1829)
下左图是自然白光双缝 干涉条纹，下右图是红光双 缝干涉条纹。这说明两束光 线可以像波一样相互干涉。
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Galileo Galilei (1564-1642)
在16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 大学数学系任职，他大胆地向公众的观点提出 挑战 ：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。
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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？18世纪末，英国科 学家亨利· 卡文迪许 的实验给出了验证。 他将两边系有小 Henry Cavendish 金属球的木架用金属 (1731-1810) 线悬吊起来；再将两个 350 磅重的 铅球放在离小球相当近的地方，以 产生足够的引力使木架扭动。然后 用自制仪器测量微小转动。计算结 果是：地球重量为6.0×1024公斤。 卡文迪许使用的装置图
喷雾器
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 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 ，最小单位就是单个电子的带电量。
A
F
B
F
油滴
显微镜
X
E
W
密立根的油滴实验原理图
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Isaac Newton (1643-1727)
0
时间 距离 0 1 2 3 4 5 6 0 1 4 9
12 距离
24
16 25 36
36
0 1 2 3 4 5 6
时间
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1911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“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。 Ernest Rutherford 但是他和他的助 (1871-1937) 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 伽利略的加速度实验 叫做核子，电子在它周围环绕。
傅科钟摆实验
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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
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埃拉托色尼是公元前 3 世纪亚历山大图书 馆馆长，古埃及的一个现名为阿斯旺的小镇。 在这个小镇上，夏日正午的阳光悬在头顶：物 体没有影子，阳光直接射入深水井中。埃拉托 Eratosthenes 色尼在以后几年里的 (B.c.275-B.c.193) 同一天、同一时间， 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 向偏离大约7度角。并根据右图示 原理测量出地球的周长。通过今天 埃拉托色尼测量地球圆周长示意图 测算，当年的误差仅在5％以内。
牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院。 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 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。
牛顿的结论是：正是这 些红、橙、黄、绿、蓝、靛 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 。
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 质，而不是人类的权威，科学做出了最后的 裁决。
著名的比萨斜塔
GUANGXI NORMAL UNIVERSITY
Robert A. Millikan (1868-1953 )
1909年，美国科学家罗伯特· 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。 小盒子的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。油滴下落 的速度可以通过改变电板间的电压来控制。
GUANGXI NORMAL UNIVERSITY
这十大实验，使用最简单 的仪器和设备，发现了最根本 、最单纯的科学概念，就像是 一座座历史丰碑一样，使人们 长久的困惑和含糊顷刻间一扫 而空，被认为是史上最美丽的 十大实验。
GUANGXI NORMAL UNIVERSITY
Thomas Young (1773-1829)
B城 7.5度 北回归线 阳光 赤道 7.5度 A城
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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。 Galileo Galilei 亚里士多德曾预言铜 (1564-1642) 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： 2倍的时间里，铜球滚动4倍的距离 ，因为存在恒定的重力加速度。 伽利略的加速度实验
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近年，科学家们在南极重复了1851年巴黎 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。 1851年傅科在公众面前 J. B. L. Foucault 用一根长220英尺的钢丝将 (1819-1868) 一个 62磅重的上带有铁笔 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 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。
20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 验却证明光是一种波状物。 1960年，约恩孙从改进的电子 双缝干涉实验中，真正实现了波粒 二象性的证明。 左图所示：电粒子流被分为两 股，产生像托马斯 · 杨的双缝演示 中出现的加强光和阴影。四种图像 说明百度文库子流微粒也有波的效应。
牛顿在做太阳光经三棱镜折射的实验
GUANGXI NORMAL UNIVERSITY
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 成的，而不是一种波。1830年，英国医生、物 理学家托马斯· 杨用实验来验证这一观点。
Thomas Young (1773-1829)
下左图是自然白光双缝 干涉条纹，下右图是红光双 缝干涉条纹。这说明两束光 线可以像波一样相互干涉。
GUANGXI NORMAL UNIVERSITY
Galileo Galilei (1564-1642)
在16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 大学数学系任职，他大胆地向公众的观点提出 挑战 ：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。