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【中学物理】简约而不简单----中学物理中的九个实验(1)

环球物理  · 公众号  · 物理  · 2017-07-22 21:15

正文

1、米歇尔•傅科钟摆实验

2001 年,科学家们在南极安置一个摆,并观察它的摆动。他们是在重复 1851 年巴黎的一个著名实验。 1851 年法国科学家傅科在公众面前做了一个实验,用一根长 220 英尺的钢丝将一个 62 磅重的头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自转的。在巴黎的纬度上,摆的轨迹是顺时针方向, 30 小时一周期。在南半球,摆应是逆时针转动,而在赤道上将不会转动。在南极,转动周期是 24 小时。


2、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(现名塞恩城)。在这个小镇上,夏至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(和阿斯旺位于同一经线圈上)测量了同一地点的物体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜,在垂直方向偏离大约 7 度角。 剩下的就是几何学问题了。假设地球是球状,那么它的圆周应跨越 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。


3、伽利略的斜面加速度实验

伽利略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。


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主编圈点:这些简单的实验在初中物理的教科书上想必都有见过,这些故事在一些名人传记中可能都有提过,我们或许都认为这些实验都很easy。但在当时的背景下科学家可是费了很大周折的。

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