中南2010大学物理实验绪论讲稿综述.ppt

课堂作业 1、 2、 当堂完成并上交，请写上自己班级、学号和姓名！！！ 作业 物理实验在物理学发展史上的重要性 物理学是一门以实验为基础的自然科学。从物理学发展的历 史来看，物理实验不仅是物理学理论的重要基础，也是物理学发 展的基本动力。物理实验在物理学发展过程中起着非常重要的作 用，这主要表现在： 一、理论和实验的共同作用是推动物理学发展的动力 理论和实验两者的关系，可以形象地说类似人的两条腿，人 要走路要攀登就得要靠这两条腿。只有两条腿相互配合、轮流一 物理实验的重要性 前一后，才能推动人体向前行进，向上攀登。李政道说:“实验是 基础，理论是总结。没有实验就没有物理。” 理论和实验的共同相互作用是推动物理学发展的内在根本动 力，这种作用引起量的渐进积累和质的突变飞跃的交替演进，推 动着物理学进程不断高涨。 二、物理理论的基础是实验 ①公元前古希腊人阿基米德，做了著名的浮力实验，建立了浮力 定理。 ②伽利略把实验引入物理学，用科学的方法代替亚里士多德的直 观的推理方法，从而使物理学走上了真正的科学道路，标志着 物理实验的重要性 物理学的真正开端。 ③开普勒三定律是根据第谷﹒布拉赫所积累的大量的观察资料并 采纳了哥白尼圆轨道修正为椭圆轨道而总结出来的。 ④牛顿三定律是在伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的大量实 验工作的基础上完成的。 ⑤电磁学研究的真正开创者是卡文迪许和库仑，他们率先制作出 各种仪器对静电现象进行定量的测量，总结出电磁理论的基础— 库仑定律。 ⑥奥斯特在1820年的一次课堂实验中发现通电导线会引起附近小 物理实验的重要性 磁针的偏转。安培重复了奥斯特的实验，并潜心研究了载流导线 之间的相互作用，建立了安培定律。 ⑦法拉第进行了为期十年的实验，终于在1831年首次发现电磁感 应现象，总结出电磁感应定律。 ⑧电磁学已相继在实验基础上建立了库仑定律、高斯定律、安培 定律和法拉第定律，确立了场的概念，这一切都为麦克斯韦电磁 场理论奠定了实验基础。 ⑨X射线、物质的放射性和电子管的发现，揭示了经典物理的不 足，诞生了现代物理学。 物理实验的重要性 ⑩爱因斯坦的狭义相对的建立是以实验为基础的。爱因斯坦在 《我是怎样创立相对论的》中写道“还是在孩童时代，我就在想 这个问题了，当时我知道迈克尔逊实验的奇怪的结果，我很快得 出结论，如是我们承认迈克尔逊的实验结果是事实，那么地球相 对于以太运动想法就是错的。这是引导我走向狭义相对论的最早 想法”。 三、验证物理理论 任何物理概念的确立，物理规律的发现，都必须以严格的科 学实验为基础。物理实验的重要性，不仅表现在通过实验发现物 物理实验的重要性 理定律，而且物理学中的每一项重要突破都与实验密切相关。实 验是检验理论的手段，是检验理论的裁判，实验可以推翻或确证 所有可能的论据。可以说：物理实验是检验理论的试金石。 ①如杨氏的光的干涉实验证实了光的波动说。 ②赫兹实验证实了麦克斯韦的电磁场理论。 ③爱因斯坦的光电子假说直到1916年被密立根的严密的光电效应 证实后，才为人所接受。 ④德布罗意的物质波假说也是由戴准逊、盖末和汤姆逊等人发现 了电子衍射后得到验证的。 物理实验的重要性 ⑤1752年富兰克林利用风筝把天空的电引入室内，进行室内雷鸣 闪电实验，证实了雷电与电火花放电有同样的本质，进而找出了 雷电的成因，并且在此基础上发明了避雷针。 ⑥普朗克根据黑体辐射提出“能量子假设”，再经过大量的实验 证实，假设才成为科学理论。 ⑦杨振宁、李政道在1956年提出基本粒子在“弱相互作用下的宇 称不守恒”的理论，只有当实验物理学家吴健雄用Co60衰变实验 验证后，才被同行学者承认，从而才有可能获得诺贝尔奖。 物理实验的重要性 一、从诺贝尔物理奖的颁发可以看物理实验在物理 学中的重要地位 获奖者及获奖内容 主要工作年代 实验检验年代 获奖年代 爱因斯坦光电子理论 1905 1916 1921 德布罗意物质波理论 1923 1927 1929 汤川秀树介子理论 1935 1947 1949 李政道杨振宁宇称不守恒原理 1956 1956 1957 温伯格-萨拉姆-格拉肖弱电统一理论 1967-1968 1973-1978 1979 物理实验的重要性 从表可以看出，一个理论的正确性，不仅在于它能说明多少现象，也不仅在 于它的自洽性，更重要的是它能否得到实验的肯定，它所作的预言，被尔后的实 验证实到什么程度。 一个重要的事例：爱因斯坦相对论为何与诺贝尔奖无缘？ 爱因斯坦于1922年获得诺贝尔物理学奖，然而获奖原因是在于他对光电效应的发现。那