实验物理学在物理学发展史上的重要作用

实验物理学在物理学发展史上的重要作用 前言—实验物理在物理学发展史上的重要性 物理学一词(φυσικη)早先是源于希腊文(υσιξ)，意为自然。其现代内涵是指研究物质运动最一般规律及物质基本结构的科学。物理学是实验科学，凡物理学的概念、规律及 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 等都是以客观实验为基础的。因此物理学绝不能脱离物理实验结果的验证，实验是物理学的基础。实验是有目的地去尝试，是对自然的积极探索。科学家提出某些假设和预见，为对其进行 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 ，筹划适当的手段和方法，根据由此产生的现象来判断假设和预见的真伪。因此科学实验的重要性是不言而喻的，其中物理实验自然也雄居要位。 诺贝尔奖 当代最为人们注目的诺贝尔奖，宗旨是奖给有最重要发现或发明的人.因此，诺贝尔物理学奖标帜着物理学中划时代的里程碑级的重大发现和发明.从1901年第一次授奖至今有近百年的历史，已有得主近壹百伍拾名.其中主要以实验物理学方面的发现或发明而获奖者约占73%强. 在实验物理学方面取得伟大成功者... 1901年首届诺贝尔物理学奖得主德国人仑琴(W.C.Rentegen)，为奖励他于1895年发现X射线. 1902年的得主是荷兰人塞曼，奖励他在1894年发现光谱线在磁场中会分裂的现象. 1903年的得主是德国人贝可勒尔(H. A. Becquerel)和居里夫妇(P. Curie, M. S. Curie)等三人，奖励他们发现了天然放射性，他们由此成为核物理学的奠基人. 教学实验和科学实验的关系及教学实验的重要性 1924年法国人德布洛意(De.Broglie)在光的微粒性的启发下，明确提出实物粒子具有物质波动性，即波和粒子的缔合概念，通常人们将它描述为波粒二重性.假设，粒子能量为E，动量为P，那么伴随着的物质波的平面波矢K，有P=K，即P=hλ这是一个大胆而伟大的假设.得到物理伟人爱因斯坦(A.Einstein)的肯定.他曾称这是照亮我们最难解开物理学之谜的第一缕微弱的光.并提名De.Broglie获诺贝尔奖. 理论上美妙的假设或推理，要成为被公认的物理规律，必须有实验结果的验证. 1895年伦琴在实验上发现了新的电磁辐射，被称为X射线(它是由高速电子轰击重元素靶而产生的波长在nm量级的电磁辐射).X射线的发现进一步推动气体中电传导的研究.J.J汤姆逊说明了被X射线照射和气体导电性是由于气体带有电荷—引起分子电离.这给劳伦茨创立电子论提供了实验基础.而电子理论又给Zeeman效应，即光谱线在磁场中会分裂，这一事实以理论解释，这一连串的事实关系就表明了实验物理和理论物理之间的密切关系和相互激励而共同推进物理学发展进程. 整个物理学的发展史是人类不断深刻了解自然、认识自然的历史进程.实验物理和理论物理是物理学的两大分支，实验事实是检验物理模型确立物理规律的终审裁判.理论物理与实验物理相辅相成，互相促进，恰如鸟之双翼，人之双足，缺之不可.物理学正是靠着实验物理和理论物理的相互配合激励、探索前进，而不断向前发展的.在物理学的发展过程中，这种相互促进、相互激励、相互完善的过程的实例是数不胜数的... 物理学史上许多关键问题的解决最后都是讨诸于实验 物理学中每个概念的确立、原理和定律的发现，无不有坚实的实验基础.例如，电磁感应现象就是法拉第于1831年最早在实验室里发现的，而电磁感应定 律和其它几个实验定律，又为麦克斯韦电磁场理论奠定了实验基础. 诚然，物理学理论还有一定的相对独 立性，理论物理学用逻辑推理的方法有过许多预言，也发现过不少新的规律和定理 ，但是，即使最严谨的理论也必须通过实验的检验，才能得到证实公认.例如，杨氏的光的干涉实验证实了光的波动说，赫兹的实验证实了麦克斯韦的电磁场理论. 德布罗意的波粒二象性被电子衍射实验而验证，是非常典型的一个例证. 1924年法国人德布罗意(De. Broglic)在光波具有微粒性的启发下，明确提出实验粒子具有波动性，即物质被和粒子的缔合概念，通常人们将它描述为波粒二重性或二象性. “象电子这样的粒子，它的粒子性早已为人们所认识，他们是否也具有波动性呢,”法国一位年青人路易?德布罗意于1924年指出:如同过去对光的认识比较片面一样，对实物粒子的认识或许也是片面的，二象性并不只是光才具有，实物粒子也具有二象性. 德布罗意说道:“整个世纪以来，在光学上，比起波动的研究方面来，是过于忽略了粒子的研究方面;在物质束的理论上，是否发生了相反的错误呢,是不是我们把关于“粒子”的图象想得太多，而过分地忽略了波的图象, 假设: 粒子的动量为P，能量为E，就同时伴随着物质波的平面波矢K.关系为: 即 这是一个大胆而伟大的假设. 物理伟人爱因斯坦(A. Einstein)对此充分的肯定.他曾说，这是照亮我们最难解开物理学之谜的第一缕微弱的光.并提名De. Broglie获诺贝尔奖.但是，要强调说明的是，理论上美好的假设或推理，要最终成为被公认的物理规律，还必须有实验结果的验证. De. Broglie本人当时指出，可以通过电子在晶体上的衍射实验来证明上述假设. 1927年，美国科学家戴维孙(C. J. Davisson)和革尔末(L. H. Germer)，用被电场加速的电子束打在镍晶体上，而得到衍射环纹照片，恰如光波在光栅上的 衍射花样. 由加速电场计算出电子束动量 和由晶体光栅上衍射极大值与波长λ间的关系计算出λ，验证了德布略意关于P、λ间的假设关系成立，最终使德布罗意假设被公认为理论.1929年，德布罗意获得诺贝尔物理学奖. 为什么要通过电子在晶体上的衍射来达到，这里可通过简单的计算. 设电子的动能为200eV，由此求德布罗意波的波长. 解:由于电子的动能值并不大，不必用相对论来处理问题 即从 代入计算得 将 德布罗意波长 此波长的数量与X射线波长相等. 用光的衍射公式 dsinθ=Kλ可知，实验中用可见光或用一般的光学光栅之间是无法实现电子衍射的. 理论和实验的关系 无论是物理学，还是整个自然科学的发展，实验和理论的相互作用都是一种内在的根本动力.这种作用引起量的渐进积累和质的突变飞跃的交替潜进，推动着科学进程一浪一浪地不断高涨. 正如，著名物理学家密之根(R. A. 密之根)所说:“我仅仅在理论和实验这两个领域里作了微小的贡献，就得到1923年的诺贝尔物理学奖，我感到非常荣幸，这件事很好地说明了，科学是在用理论和实验这两只脚前进的.有时是这只脚先迈出一步，有时是另一只脚先迈出一步，但是前进要靠两只脚，先建立理论然后作实验，或者是先在实验中得出了新的关系，然后再迈出理论这只脚，并推动实验前进，如此不断交替进行.” 从物理规律的建立过程看实验物理的重要性 科学高峰正如一座金字塔，有着广阔的宽厚基础和高耸的塔尖.基础愈宽厚，塔尖可以愈高.学生的任务主要是积累知识，提高能力培养素质.某种意义上说，不管学生自己是否意识到，实际都在建造自己通向高峰的阶梯.每个人建造阶梯的过程和结果取决于诸多主、客观因素，会有所不同.无论如何总以明确目标自觉行动为先. 学习阶段要学习多门功课，目标都是积累知识，提高能力，培养素质.物理实验课是一门基础实验课，是知识的底层，这底层的重要性更是不言而喻的.劝君充分发挥主观积极因素，提高学习效益，切莫辜负好时光. 科学实验是为了预测、验证或获取新的信息，通过技术性操作来观测由预先安排的方法所产生的现象.科学实验是探索的过程，是可能成功也可能失败的，结果是可能符合预期也可能有否定预期的，当然还可能有意外收获，而得到未曾预期的成功 (例如穆斯堡尔效应的发现过程就是一例) .每一次科学实验的成功再一次揭示出自然界的奥秘，使人类在认识自然的道路上又前进一步. 教学实验是以教学为目的，其目标不在于探索,而在于培养人才，是以传授 知识，培养人才为目的.教学实验都是理想化了的，排除了次要干扰因素而简化过了的，是经过精心设计准备的，是一定能成功的.尽管如此，教学实验的地位仍然是非常重要的.因为该课程担负着培养学生科学素质的任务.人们要攀登科学高峰，首先要培养锻练自身攀登高峰的能力，这好比建造通向高峰的阶梯. 参考资料 1 大学物理实验 ， 霍剑青等主编，高等教育出版社，2001年 <完>