世界十大物理经典实验，物理学十大著名经典实验

科学是物理学发展的基础是检验物理学理论的唯一手段特别是现代物理学的发展与实验密切相关

现代实验技术的发展，不断揭示和发现各种新的物理现象，越来越加深人们对客观世界规律的正确认识，推动物理学的前进。

令人惊讶的是，十个经典物理实验的核心是他们抓住了物理学家眼中最美的科学灵魂。 从简单的仪器和设备中，我们发现了最根本、最简单的科学概念。

十大经典物理实验就像十座历史的纪念碑，一扫人们长期以来的困惑和模糊，开启了对自然界的新认识。

从10个经典物理实验的评选本身，也可以看出2000年科学家们最大的发现轨迹，看起来是在“俯瞰”历史。

1

第一名：将托马斯杨的双缝演示应用于电子干扰实验

20世纪初的一段时间，微观客体(光子、电子、质子、中子等)既有波动性，又有粒子性，即所谓的“波粒二象性”逐渐被发现。

“波动”和“粒子”都是经典物理学中从宏观世界获得的概念，与我们的直觉经验一致。

然而，微观客体行为，与人们的日常经验相去甚远。

从现代量子物理学的角度正确认识和理解微观世界本身的规律，电子双缝干涉实验就是一个典型的例证。

杨氏双缝干涉实验是经典的波动光学实验，玻尔和爱因斯坦用电子束代替光束进行双缝干涉实验，试图探讨量子物理学中的基本原理。

但是，由于技术上的原因，当时只是一次思想实验。

到1961年，詹森制作了长50mm、宽0.3mm、狭缝间距1mm的双缝，将电子束加速到50keV，通过双缝。

电子撞击荧光屏时显示出可见的图案，可以用照相机记录图案的结果。

电子双缝干涉实验的图案和光的双缝干涉实验结果的相似性给人们留下了深刻的印象，这证实了电子具有波动性。

而且，在实验中，即使电子一个个释放，也会有相同的干涉图案。

但是，当试图决定电子通过哪个狭缝时，无论使用什么手段，图案都会很快消失。 这实际上表明了在观察粒子波动性的过程中，试图研究粒子的努力会破坏波动的特性，不能同时观察两者。

设计一种在判断电子通过哪个狭缝的同时，绝对不能不干扰图案出现的仪器。

这是微观世界的规律，不是实验手段的不足。

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第二名：伽利略自由落体实验

伽利略( 1564—1642 )是近代自然科学的奠基人，是科学史上第一位现代意义上的科学家。

他首先为自然科学创立了两个研究规律。 建立了观察实验与量化方法、实验与数学相结合的方法、真实实验与理想实验相结合的方法，创造了一种与众不同的近代科学研究方法，近代物理学由此走上了基于实验精确观测的道路。

爱因斯坦高度评价说：“伽利略的发现和他应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一。”

16世纪以前，希腊最著名的思想家和哲学家亚里士多德是最早研究物理现象的科学巨人，他的《物理学》一书是世界上最早的物理学专家。

但亚里士多德在研究物理学时，并不依赖实验，而是从原始的直接经验出发，用哲学思辨代替科学实验。

亚里士多德认为任何物体都有返回自然位置的特性，物体返回自然位置的运动就是自然运动。

这种运动取决于物体的本性，不需要外部作用。

自由落体是典型的自然运动，物体越重回归自然位置的倾向越大。 因此，在自由落体运动中，物体越重，坠落越快。 物体越轻，坠落越慢。

伽利略曾在披萨大学任职，但他大胆挑战了亚里士多德的观点。

伽利略构想了将重物体和轻物体联系起来同时落下的理想实验。

根据亚里士多德的想法，这个理想的实验将会得到两个结论。

首先，通过这种连接，重物被卷入重物阻碍，落下速度变慢，落下时间变长； 其次，由于该连接，连接体重量之和大于原重物体； 因此，坠落时间会更短。

这显然是两个相反的结论。

伽利略用理想的实验和科学的推理巧妙地揭示了亚里士多德运动理论的内在矛盾，打开了亚里士多德运动理论的鸿沟，导致了物理学的真正诞生。

据传，伽利略从比萨斜塔上同时扔下一个轻便的物体，让世人看到两个物体同时落地，向世界展示了他尊重科学、不畏权威的可贵精神。

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第三名：罗伯特密歇根油滴试验

很久以前，科学家研究电。

已知这种无形物质既可以从天上的闪电中获得，也可以从摩擦头发中获得。

1897年，英国物理学家托马斯知道如何获取负电荷电流。

1909年，美国科学家罗伯特密歇根( 1868—1953 )开始测量电流的电荷。

他用香水瓶的喷嘴向透明的小箱子喷射油。

小箱子的上部和下部分别放置有正极通电的电极和负极通电的电极。

小油滴通过空气时，会带静电，可以通过改变电极的电压来控制下落速度。

去除电场后，测量油滴在重力作用下的速度即可得到油滴半径； 施加电场后，可以测量重力和电场力共同作用下油滴的速度，从而测量油滴在获得或失去电荷后的速度变化。

这样，他可以一次连续几个小时测量油滴的速度变化，即使工作因故中断，被电场平衡的油滴经过一个多小时也不会跑得太远。

经过反复实验，密立根得出结论，电荷的值是某个一定的常数，最小单位是单个电子的带电量。

他认为电子本身既不是虚拟的，也不是不确定的，而是“我们这一代人第一次看到的事实”。

他在诺奖获奖演说中强调了他工作的两个基本结论。 “电子电荷总是原电荷的确定整数倍，不是分数倍”和“该实验的观察者几乎都看到了电子”。

密立根在获奖演说中说：“科学是用理论和实验这两条腿前进的。” “有时这一脚先迈出一步，有时另一只脚先迈出一步，但前进是用两条腿进行的。 要么建立理论进行实验，要么在实验中得到新的关系，然后迈出理论这个步伐进行实验，要么就这样交替进行。”

他用非常形象的比喻说明了理论和实验在科学发展中的作用。

作为实验物理学家，他不仅重视实验，而且极其重视理论的指导作用。

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第4位(牛顿的棱镜分解太阳光

对光学问题的研究是牛顿( 1642—1727 )工作的重要部分之一，也是他最后未完成的课题。

牛顿于1665年毕业于剑桥大学三一学院。 当时，白光被认为是纯粹的、没有其他颜色的光。有色光是不知道为什么会变化的光(亚里士多德的理论)。

从1665年到1667年，年轻的牛顿独自进行了一系列实验，研究了各种各样的光现象。

他把棱镜放在阳光下，通过棱镜，光在墙上被分解成不同的颜色。 后来我们把这个称为光谱。

在他手中第一次把棱镜变成了分光器，揭示了颜色起源的本质。

1672年2月，牛顿怀着揭露自然奥秘的兴奋和喜悦，在第一篇正式科学论文《白光的结构》中，阐述了他的颜色起源学说。 “颜色不是一般认为的那样由自然物体的折射和反射导出的光的性能，而是原始的、天生的性质”。

“普通白光确实是不同颜色光的混合，光谱的增长是因为玻璃对这些不同光的折射能力不同。”

牛顿《光学》着作问世于1704年，其中第一节专门论述了颜色起源的棱镜光谱实验和讨论，肯定了白光由七种颜色组成。

他命名了这七种颜色，直到现在全世界的人都在使用牛顿命名的颜色。

牛顿指出：“光带染成紫色、蓝色、青色、绿色、黄色、橙色、红色以及所有的中间色，连续变化，依次相连。”

这些红、橙、黄、绿、蓝、蓝、紫基色不同的色谱图才在表面形成单一颜色的白光，但深入观察后发现，白光非常美丽。

该实验由后人不断重复进行，可以得到与牛顿相同的实验结果。

自此，七色理论被普遍接受。

通过该实验，牛顿奠定了光的色散理论基础，使颜色解释脱离了主观视觉形象，进入了与客观尺度相关的科学轨道。

同时，该实验开始了光谱学研究，不久光谱分析成为光学和物质结构研究的主要手段。

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第五名：托马斯杨的光干涉试验

牛顿在《光学》的论坛上认为，光是由微粒而不是波浪组成的。

因此，在此后的近百年间，人们对光学的认识几乎停滞不前，没有取得实质性的进展。

1800年英国物理学家托马斯杨( 1773—1829 )挑战了这一观点，光学研究也得到了飞跃的发展。

杨在《声与光实验与研究大纲》一文中指出，光的粒子学说有两个缺点。 一个是，既然释放光粒子的力多种多样，为什么所有发光体发出的光都被认为具有相同的速度？另一个是透明物体表面部分反射时，为什么会反射和透射同一种类的光？ 杨认为，如果把光看作声音一样的波动，就可以避免上述两个缺点。

为了证明光是波动的，杨在文中将“干涉”一词引入光学领域，“当同一光源的一部分光从不同的途径，正好从同一个方向或几乎同一个方向进入人眼时，光程差为固定长度的整数倍时最亮，干涉的两部分处于均衡状态

young对此进行了实验，在百叶窗上钻了一个小孔，用厚纸片覆盖，在纸片上钻小孔。

使光透过，用镜子反射透过的光。

然后他用厚约1/30英寸的纸片把这个光从中间分成两部分，结果看到了交叉的光和影子。

这表明两束光可以像波浪一样干涉。

这就是有名的“杨氏干涉实验”。

杨氏实验是物理学史上非常有名的实验，杨氏通过非常巧妙的方法得到了两个相干光，并观察了干涉条纹。

他首次以明确的形式提出了光波叠加的原理，并用光的波动性解释了干涉现象。

随着光学的发展，人们至今仍能从中提取许多重要的概念和新的认识。

无论是古典光学还是近代光学，杨氏实验的意义都非常大。

爱因斯坦( 1879—1955 )指出，光的波动学说的成功，为牛顿物理学体系开辟了最初的鸿沟，揭示了当今所谓场物理学的第一章。

这个实验对一个世纪后量子学说的创立也起到了重要的作用。

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第六名：卡文迪许扭矩实验

根据牛顿的万有引力理论，两个物体之间的吸引力与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。

但是万有引力有多大呢

18世纪末，英国科学家亨利卡文迪许( 1731—1810 )决定找到计算方法。

他用金属线吊起两端带有金属球的6英尺长的木棍。

另外，将350磅的球放置在两个悬挂的金属球足够近的地方，吸引金属球并使其旋转，扭曲金属线，用自制的机器测量了微小的旋转。

测量结果惊人地准确，他测量了万有引力的引力常数g。

牛顿重力常数g的准确测量不仅对物理学，而且对天体力学、天文测量学、以及地球物理学都具有重要的实际意义。

人们可以根据卡文迪许的实验准确计算地球的密度和质量。

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排名7 (埃拉特斯卡那测量地球的圆周

埃拉托斯卡纳(约公元前276 (约前194 ) )公元前276年出生于北非城市塞利尼(今利比亚的沙赫特)。

他兴趣广泛，博学多才，是古代仅次于亚里士多德的百科全书式学者。

只是，因为他的著作都失去了，所以今天对他不太了解。

埃拉托斯卡纳的科学工作极其广泛，最有名的是测量地球的大小，其方法完全是几何学的。

假设地球是球体，在同一时间地球上不同的地方，太阳线和地平面所成的角不同。

测量这个夹角之差和两地之间的距离，就可以计算地球的周长。

他听说埃及的塞恩-今天的阿斯旺，夏至那天中午的太阳挂在头上，物体没有影子，光线直射井底，说明那时的太阳正好垂直于塞恩的地面，埃拉特策尼那有助于测量地球的圆周

他测量了签名到亚历山大的距离，又测量了从夏天到中午亚历山大的垂直棒的长度和阴影的长度，发现太阳光线与垂直方向偏离了约7的角。

剩下的是几何学问题。

假设地球是球状的，则其圆周必须为360。

两个城市成7角(7/360的圆周)，就是当时5,000个希腊运动场的距离。 因此，地球的圆周应该是25万希腊运动场，约4万公里。

今天，我们知道埃拉托斯卡纳的测量误差只有5%以内，也就是说和实际只有100多公里的差别。

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排名8 :伽利略加速度试验

伽利略用理想的实验和科学推理巧妙地否定了亚里士多德的自由落体运动理论。

那么，正确的自由落体运动规律是什么呢？ 由于当时测量条件的限制，伽利略无法通过直接测量运动速度的方法寻找自由落体的运动规律。

因此，他设想在斜坡上“稀释”重力，“慢慢”运动。 另外，将速度的测量转换为路程和时间的测量，并将自由落体运动视为倾斜角为90的斜面运动的特例。

在这一思想的指导下，他制作了一个6米多长、3米多宽的光滑笔直的板槽，将该板槽倾斜固定，使铜球从木槽前端沿斜面滚下，测量铜球每次滚下的时间和距离的关系，并测量它们之间的距离

亚里士多德预言，滚球的速度是均匀和恒定的。 铜球滚动两倍的时间走两倍的路。

伽利略证明了铜球滚动的路程与时间的平方成正比。 两倍的时间里，铜球滚动四倍的距离。

他将实验的过程和结果详细记载在1638年发表的著名科学著作《关于两门新科学的对话》中。

伽利略在实验的基础上，经过数学计算和推理，得到了假设； 并通过实验验证，得到正确的自由落体运动规律。

这种研究方法后来成为近代自然科学研究的基本步骤和方法。

伽利略的斜面加速度实验还是实际实验和理想实验相结合的典范。

伽利略在斜面实验中发现，只要将摩擦减小到可以忽略的程度，小球从一个斜面滚落后，就可以滚向另一个斜面，而与斜面的倾斜角无关。

也就是说，不管第二个斜面怎么延伸，小球总是会到达和出发点相同的高度。

当第二斜面水平放置，而且无限延长时，小球会一直移动。

这其实是我们现在说的惯性运动。

因此，力不是亚里士多德所说的维持运动的原因，而是改变运动状态(加速或减速)的原因。

如何将实际实验和理想实验相结合，包括数学论证在内的经验与理性相结合，是伽利略对近代科学的重要贡献。

实验不是自然形象的完全再现，而是在人的理性指导下对自然现象的简化和纯化，因此实验需要理性的参与和指导。

伽利略既重视实验又重视理性思考，强调科学是用理性思考来简化、简化自然过程，找到数学关系。

因此，伽利略开创了近代自然科学中经验与理性相结合的传统。

这一结合不仅对物理学，而且对整个近代自然科学都产生了巨大的影响。

正如爱因斯坦所说：“人的思维总是建立一个不断变化的宇宙图景，伽利略对科学的贡献在于破坏直觉，用新的观点代替它。

这就是发现伽利略的重要意义”。

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第9位：卢瑟福散射和原子的有核模型

卢瑟福( 1871—1937 )于1898年发现了A线。

1911年卢瑟福在曼彻斯特大学进行放射性实验时，原子给人的印象是“葡萄干布丁”，即大量正电荷聚集的糊状物质，其中含有电子微粒。 但他和他的助手对向金箔发射带正电的A线微粒时轻微反弹感到惊讶。

经计算证明，正灯泡聚集了原子的大部分质量，只有在假设其直径比原子直径小得多的情况下，才能准确解释这一无法想象的实验结果。

因此卢瑟福提出了原子的有核模型。 原子不是糊状的物质团，几乎所有的物质都集中在中心的小核上，称为核子，电子围绕着它旋转。

这是开辟创新时代的实验，是原子物理和原子核物理开始的具有里程碑性质的重要实验。

同时他演出了可以用实验验证的卢瑟福散射理论。

以散射为手段研究物质结构的方法，对近代物理有相当重要的影响。

如果在散射实验中观察到卢瑟福散射的特征，即所谓的“卢瑟福阴影”，那么可以推测研究对象中可能存在“点”状的亚结构。

另外，卢瑟福散射为材料分析提供了强有力的手段。

从靶物质大角散射返回的粒子能谱中，可以研究物质材料的表面性质(有无杂质和杂质的种类和分布等)，基于该原理制作的“卢瑟福质谱仪”得到了广泛的应用。

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排行榜10 :米歇尔福柯摆锤试验

1851年，法国著名物理学家福柯( 1819—1868 )为了验证地球的自转，当众进行实验，用长达67m的钢丝吊起重28kg的振子“振子直径0.30m”，在振子头上系上钢笔，用

福柯的简报显示，地球绕地轴旋转。

在巴黎纬度，钟摆的轨迹是顺时针方向，每30小时一个周期； 在南半球，钟摆必须逆时针旋转； 在赤道不旋转。在南极，旋转周期是24小时。

该实验装置被后世称为傅科摆，也是人类首次验证地球自转的实验装置。

该装置可以体现出地球自转产生的科里奥利力的作用效应，即福柯的振子振动平面绕铅垂线偏转的现象，即福柯效应。

实际上，这和观察者在观察地球震动时的自转是一样的。