物理实验的智慧光芒

本书以物理实验为主题, 阐述人们心目中美丽的十大物理实验、改变历史的伟大物理实验、思想实验和物理学上的“四大神兽”等, 以崭新的脉络和思路、高度凝练的方法, 勾勒出物理实验对物理学发展、人类科技进步和人类文明进程的影响, 展示在伟大的物理学成就中熠熠生辉的物理实验的智慧光芒。本书以阐述物理学中重要知识点的概念为主线, 结合物理学中的思想、前沿成果、物理学家的优异品质等进行介绍, 旨在提高学习者的科学素养和创新能力。

第一章 美丽的十大物理实验 2 第一节 埃拉托色尼测量地球圆周长 5 第二节 伽利略自由落体实验和加速度实验 7 一、伽利略自由落体实验 8 二、伽利略加速度实验 9 三、伽利略实验的伟大意义 11 第三节 牛顿的棱镜分解太阳光 12 第四节 卡文迪什扭秤实验 15 第五节 托马斯·杨的光干涉实验和双缝演示应用于电子干涉实验 19 一、托马斯·杨的光干涉实验 19 二、托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验 23 第六节 傅科钟摆实验 25 第七节 密立根的油滴实验 27 第八节 卢瑟福发现核子实验 30 第二章 改变历史的伟大物理实验 33 第一节 奥斯特电流磁效应实验 35 第二节 法拉第电磁感应实验 36 第三节 赫兹验证电磁波实验 40 一、麦克斯韦电磁理论 41 二、赫兹验证电磁波实验 41 三、赫兹验证电磁波实验的伟大意义 43 第四节 迈克尔逊?莫雷光速测量实验 44 一、实验装置 45 二、光速测量实验 46 三、实验的伟大意义 47 第五节 戴维逊?革末电子衍射实验 50 一、德布罗意物质波理论 50 二、戴维逊?革末电子衍射实验过程 52 三、物质波的应用 55 第六节 黑体辐射实验 57 一、黑体辐射实验的历史背景 57 二、黑体辐射实验的实验规律 59 三、解释黑体辐射实验时经典物理的困难 61 四、普朗克能量子假设 62 第七节 光电效应实验 64 一、光电效应的实验装置和实验规律 65 二、解释光电效应实验规律时经典理论遇到的困难 67 三、爱因斯坦光量子假设以及对光电效应实验的解释 67 四、实验的伟大意义 69 第八节 弗兰克?赫兹实验 72 一、玻尔氢原子理论 73 二、弗兰克?赫兹实验过程 76 三、实验的伟大意义 77 第九节 斯忒恩?盖拉赫实验 78 一、斯忒恩?盖拉赫实验的历史背景 79 二、斯忒恩?盖拉赫实验过程 79 三、电子自旋 80 四、实验的伟大意义 81 第三章 头脑里的飓风――思想实验 84 第一节 牛顿的抛体实验 87 第二节 牛顿的水桶实验 89 第三节 奥伯斯佯谬 92 一、佯谬的产生 92 二、佯谬的解决 94 第四节 爱因斯坦追光实验 97 一、经典物理学天空上的乌云 97 二、追光实验 103 第五节 孪生子佯谬 106 一、狭义相对论同时性的相对性与时钟延缓效应 106 二、孪生子佯谬的提出 109 三、孪生子佯谬的理论解释 110 第六节 爱因斯坦电梯实验 113 一、伯尔尼专利局时期的爱因斯坦 113 二、电梯实验 115 三、由电梯实验引申的两个思想实验 117 四、电梯实验的伟大意义 119 五、电梯实验的实验验证 122 第四章 物理学上的“四大神兽” 124 第一节 芝诺的乌龟 126 一、问题的提出 126 二、问题的解决 127 三、后续的发展 128 第二节 拉普拉斯兽 129 一、历史背景 130 二、神兽问世 132 三、经典力学带来的困惑 132 四、神兽终结 133 第三节 麦克斯韦妖 142 一、麦克斯韦气体速率分布函数 143 二、玻尔兹曼熵 144 三、热寂说的灾难 147 四、神兽问世 149 五、降妖伏魔 150 六、信息与熵 150 七、麦克斯韦妖的新生机 152 第四节 薛定谔的猫 154 一、历史背景 154 二、神兽问世 155 三、理论解释 157 结束语 161 参考文献 162