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1 # 科普作家張軒中
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2 # 以史為鑑
泊松亮斑實驗
光到底是粒子還是波?相信現在的初中生都可以大聲說光具有波粒二象性!
但是在以前,許多著名科學家各執一詞,互相誰也說服不了誰。
法國物理學家菲涅耳用半波帶法定量地計算了圓孔、圓板等形狀的障礙物產生的衍射花紋。這是光波說的重要證明。
於是菲涅耳把自己的理論和對於實驗的說明提交給評判委員會。參加這個委員會的有:
波動理論的熱心支持者阿拉果;
微粒論的支持者拉普拉斯、泊松和比奧;
持中立態度的蓋.呂薩克。
報告提上去之後,菲涅耳的波動理論遭到了光的粒子論者的強烈反對。泊松是法國數學家、物理學家和力學家,1812年當選為巴黎科學院院士。
泊松指出,根據菲涅耳的理論,應當能看到一種非常奇怪的現象:如果在光束的傳播路徑上,放置一塊不透明的圓板,由於光在圓板邊緣的衍射,在離圓板一定距離的地方,圓板陰影的中央應當出現一個亮斑。
在當時來說,這簡直是不可思議的,所以驕傲的泊松當場宣稱,菲涅爾的波動理論簡直不堪一擊。
科學家說話要講究證據,於是菲涅耳和阿拉果立即找到器材,按照泊松的說法做起了實驗。結果,當光線透過不透明的圓板時,影子中心的確出現了一個亮斑。
為了表示打臉,大家就把這個亮斑稱之為泊松亮斑。。。。菲涅耳在1823年被選為法國科學院院士。1825年被選為英國皇家學會會員。
過了不久,菲涅耳又用複雜的的理論計算表明,當這個圓片的半徑很小時,這個亮點才比較明顯。於是菲涅耳榮獲了這一屆的科學獎,而後人卻戲劇性地稱這個亮點為泊松亮斑。 菲涅耳開創了光學的新階段。他發展了惠更斯和托馬斯·楊的波動理論,成為“物理光學的締造者”。
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3 # 物理思維
《物理世界》網站曾經舉行過十大漂亮物理實驗的票選。
票選結果是這樣的:
第一名:費曼的雙縫實驗,這是費曼提出的一個假想實驗,假想電子一個一個地透過楊氏雙縫,然後問電子在屏上的分佈是什麼。費曼認為透過這樣一個假想實驗就能幫助讀者確立在量子世界中的實驗事實。然後承認單個電子必須用波函式來描述,或單個電子也體現出波動性。
第二名:伽利略的斜塔實驗,這是一個傳說中的實驗,實際上未必真正發生。傳說伽利略爬上了比薩斜塔,從塔上扔下一重一輕兩個球,然後發現它們是同時落地的。這個傳說好的一方面是向我們重申了物理學的首要屬性是“實驗”,即:我們必須做實驗,我們必須收集實驗事實,而概念及理論的構建都是針對實驗事實的,這是一種徹底的實用主義態度。
第三名:密立根油滴實驗,密立根用噴嘴向平行板電容器裡面噴油滴,油滴因摩擦會帶電,然後密立根用在平行板電容器中懸浮的液滴的大小推算出了電子的電荷。
第四名:牛頓的三稜鏡實驗,自然光看起來是最簡單最純淨的,但在牛頓的三稜鏡的折射下,發現它是由多種顏色的光混合而成的,而最純淨的光恰恰是那些看起來並不純淨的有顏色的光,牛頓的這個實驗開創了物理光學的研究。
第五名:楊氏雙縫實驗,證明光是波動而非粒子。
第六名:卡文迪許的扭秤實驗,測量了萬有引力常數,考慮到引力是那麼的弱,這是一個極精巧的實驗。
第七名:埃拉色託尼測量地球的直徑,這是一個古希臘時期的實驗,同時測量正午時候不同緯度(南北方向上的兩個地點)相同高度方尖碑影子的長度,再考慮到兩地的距離,就可推算出地球的直徑。
第八名:伽利略的斜面實驗,伽利略在斜面上讓重球滾落,發現重球滾落的距離s正比於時間t的平方。就是勻加速直線運動啦。
第九名:盧瑟福散射實驗,透過讓α粒子撞擊金屬靶,盧瑟福發現發現原子中存在著一個很小很小的帶正電的核。
第十名:傅科擺,這個實驗在北京天文館可以看到,也是艾科一部小說的名字,實驗說明我們腳下的地球在運動。
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4 # 物理一百分
有名的物理實驗非常多,其中最有名的就是十大最美物理實驗,今天我只拿出其中一種最美實驗來說一下。
三百五十三年以前,物理巨匠牛頓在大學生活的時代,各種實驗儀器都非常簡陋,而牛頓卻對物理實驗特別喜歡,在牛頓之前曾經有很多古今中外的研究了光的色散現象,但是都沒有進行完整、系統、科學的實驗以及嚴謹的理論解釋,牛頓的偉大之處也就在這裡,他用最簡單的儀器,探究出了前人所沒有探究出來的結論,並上升到了物理科學理論的高度。
1665年,牛頓利用一塊三稜鏡把白光分成了紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色,這就是著名的最美實驗“光的色散”!
“光的色散”本質是“光的折射”,是由於不同的色光相對於三稜鏡具有不同的折射率造成的。也正是由於牛頓的對於光學的科學研究,從而開啟了“光譜學”研究的先河。
下面這兩幅圖就是最常見的光的色散現象圖,也是物理老師們經常給學生們演示的光的色散圖。
但是,如果Sunny的傾斜角度正好,把三稜鏡豎直立起來,就會出現更美的光的色散圖。如下面這幾幅圖,簡直是絕對的完美,特別的對稱!天然去雕飾的典型啊。
以上這個完美色散圖,牛頓當年卻一直沒有提到過,之後也從來沒有見到有人拍過此圖或者說過此現象。難道真的沒有人發現這個完美圖麼?如果是我第一個發現了,那真是太幸運了。哈哈。
下面我用光的折射規律,把光線經過三稜鏡形成以上“對稱色散圖”的物理原理畫出來,看起來只不過是中學物理書上的兩個光的色散圖而已。平行白光經過三稜鏡的兩個面,從而發生了兩次色散,在共同的一個面上最終折射出各自七種色光而已。
或許當年牛頓只是研究了光的色散,並沒有發現此“對稱色散圖”,也或許發現了,但是並不需要解釋,因為這只不過依然是其發現的光的色散而已。
中學生朋友們,物理有趣且有用,各種物理現象以及物理原理就在我們平時司空見慣的生活現象中,我們要善於觀察、勤于思考、樂於動手實驗,物理創造美好生活,物理創造美好世界。為了美好的未來,加油!
回覆列表
太多了。我給你舉幾個例子
1。阿基米德洗澡實驗
阿基米德曾經受到國王的指示,去破解CROWN是不是純金做的,有沒有摻銀或者銅。他百思不得其解,後來他在浴缸裡洗澡,他一屁股坐進浴缸,水溢了出來,他頓悟出浮力定理,也就破解了CROWN的秘密。阿基米德從浴缸裡出來,過於興奮,裸奔到大街上。全市很多人看到了裸體的阿基米德,所以這個實驗非常著名。
2。馬德堡半球實驗
當時為了證明大氣壓的存在,在德國的馬德堡,用8匹馬拉不開抽了真空的2個半球。增加到16匹馬也拉不開。這個實驗非常著名,因為當時全市很多人都去看了。
3。比薩斜塔實驗
物理學家伽利略在腦子裡盤算了一下,指出了自由落體的速度與質量大小無關。為了得到大家的認可,他在旅遊勝地比薩斜塔做了一個忽悠人的演示性實驗,把大小不一樣的2個鐵球同時從比薩斜塔拋下,發現同時落地。這個實驗據說也有很多人看到,因此非常著名。
4。法拉第電磁感應實驗
為了驗證磁場是否可以產生電流。法拉第把兩個線圈套在一起,他發現當第一個線圈中突然有電流流過的時候,會隔空在第二個線圈中產生電壓。因為第一個線圈通電的瞬間有一個變化的磁場產生,於是法拉第認為“變化的磁場產生電場”。這個實驗非常著名,因為這個實驗把人類文明從蒸汽機時代推進到電氣時代。
另外著名的實驗還有愛丁頓在日全食的時候證明愛因斯坦的光線彎曲理論的實驗等,我就不展開講了。