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研究人员：?范欣培、?姜恩泽、?王逸文、徐明、殷德龙、张恒 指导老师：李云辉? 内容摘要：实验及实验方法意义，经典物理实验及其中所用研究方法，总结。 人类的科学史上,一次跨时代的试验就是一座代表进步的里程碑,它们助人类发展,帮科学腾飞。在一些著名的物理试验中，有着许多初中生都了解的试验方法，而这些基础试验方法，确是推动科学进步的灵魂。 1埃拉托色尼测量地球圆周长 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，他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长。在以后几年里的同一天、同一时间，他在亚历山大量了同一地点的 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。 剩下的就是几何学问题了。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，就是当时5000个希腊运动 场的距 离。因此地球周长应该是25万个希腊运动场。今天，通过航迹测算，我们知道埃拉托色尼的测量误差仅仅在5％以内。 方法：1观察法：在观察正午阳光无影的过程中，提出问题，作出假设，并试验论证，这是常人往往想不到的。 2比较法：把不同城市的光线角比较，得出差异，进而得到计算数据。 3控制变量法：在同一时刻测量数据，保证试验成功。 2伽利略的自由落体实验 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，因为伟大的亚里士多德已经这么说了。伽利略，当时在比萨大学数学系任职 ，他大胆地向公众的 观点挑战。著名的比萨斜塔实验已经成为科学中的一个故事：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。伽利略挑战亚里士多德的代价也 许使他失去了工作，但他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。 方法：1比较法：比较两球的落地时间。 2控制变量法：是两球同时落下，保证试验成功，结果准确。 3伽利略的加速度实验 伽利略继续提炼他有关物体移动的观点。他做了一个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。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 和时间的平方成比例：两倍的时间里，铜球滚动4倍的距离，因为存在恒定的重力加速度。 方法：1控制变量：用同一坡道，保证摩擦无干扰。 2比较法：改变时间，路程，在进行比较，最终得出加速度的概念。 4牛顿的棱镜分解太阳光 艾萨克?牛顿出生那年，伽利略与世长辞。牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院，后因躲避鼠疫在家里呆了两年，再后来顺利地得到了工作。 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变化的光。 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，在墙上被分解为不同颜色，后来我们称作为光谱。人们知道彩虹的颜六色， 但是他们认为那是因为 不正常。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 ，如果你深入地看看，会发现白光是非常美丽 的。 方法：1观察法：观察色散，得出结论。 5卡文迪许扭矩实验 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？ 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。 测量结果惊人的准确，他测出了万有引力恒量的参数，在此基础上卡文迪许计算地球的密度和质量。卡文迪许的计算结果是：地球重6．0×1024 公斤，或者说13万亿万亿磅。 方法：1转换法：扭秤运用杠杆原理，把很小的力转化 为较大的力臂，获得位移，再用镜子转化为光斑的位移。 6托马斯?杨的光干涉实验 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。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的洞。让光线透过，并用一面镜子 反射透过的光线。然后他用一个厚约 1／30英寸的纸片把这束光从中间分成两束。结果看到了相交的光线和阴影。这说明两束光线可以像波一 样相互干涉。这个实验为一个世纪后量子学说的创立起到 了至关重要的作用。 方法：1控制变量：用同一束光试验，保证波长相同，产生适当的波峰波谷叠加和抵消。 2建模法：建立光波模型，并用波