为什么要了解经典物理实验？
它们奠定了现代科学的基石，也是培养科学思维最直观的方式。通过亲手复现，你能直观感受定律诞生的瞬间，而不仅是背诵公式。
一、伽利略斜面实验：加速度概念的起点
实验原理
伽利略用铜球沿斜面滚落，**通过延长“下落时间”来测量匀加速运动**。他用水钟记录时间，发现位移与时间的平方成正比，从而推翻了“重物先落地”的亚里士多德观点。
如何在家复现
- 材料：1.5 m 以上光滑木板、玻璃弹珠、秒表、刻度尺
- 步骤：
- 将木板一端垫高 5–10 cm，形成约 5° 斜面
- 在 0 cm、30 cm、120 cm 处做标记
- 让弹珠从顶端静止释放，**记录到达各标记的时间**
- 计算位移/时间²，验证是否为常数
- 误差控制：使用视频 240 fps 慢放代替秒表，可把时间误差降到 0.02 s 以内
二、卡文迪许扭秤实验：称量地球的之一步
实验原理
利用**扭丝的微小扭转角**测量两对铅球间的万有引力，首次给出地球密度值。其核心是把“看不见”的引力放大为可测的角位移。
在家可行吗？
完全复现需要真空与微米级测量，但可用简化版感受数量级：
- 迷你装置：钓鱼线悬挂 30 cm 轻杆，两端粘 50 g 砝码，再用 1 kg 哑铃靠近
- 观察：用激光笔反射光斑放大扭转，**光斑移动 2–3 mm 即证明引力存在**
- 关键技巧：关闭空调、避免气流；在地下室操作可减少振动
三、杨氏双缝实验：光的波动说铁证
核心疑问：为什么两条缝就能产生明暗条纹？
光通过双缝后发生**相干叠加**，相位差决定光强分布。亮纹处波峰遇波峰，暗纹处波峰遇波谷，相互抵消。
居家复现清单
- 光源：激光笔（532 nm 绿光最易观察）
- 双缝：用黑色胶片刻两条 0.1 mm 宽、间距 0.25 mm 的缝
- 屏幕：白墙或白纸，距离 2 m
- 测量：量出相邻亮纹间距 Δx，代入 λ = d·Δx / L 即可反推波长，误差可控制在 5 %
四、密立根油滴实验：电荷量子化的直接证据
实验难点在哪里？
需**精确测量单个油滴在电场中的悬浮电压**。密立根用喷雾器产生微米级油滴，通过 X 射线使其带电，再调节电压使重力与电场力平衡。
简化版思路
- 替代方案：用 0.5 mm 石墨粉代替油滴，在两块透明导电板间施加 500–1000 V
- 观察：显微镜下找到“静止”颗粒，记录电压，计算 q = mgd / U
- 数据处理：收集 20 组 q 值，做最小公倍数分析，**你会看到电荷总是 1.6×10⁻¹⁹ C 的整数倍**
五、卢瑟福α粒子散射：原子核的发现之旅
为何少数α粒子会大角度反弹？
只有存在**极小且致密的正电荷核心**才能解释。卢瑟福据此提出行星模型，推翻“葡萄干布丁”模型。
在家模拟 ***
| 道具 | 对应物理对象 |
|---|---|
| 桌球台 | 真空室 |
| 白球 | α粒子 |
| 固定在中心的磁铁 | 原子核 |
| 铁粉散布 | 电子云 |
用球杆射出白球，观察其偏转角度分布，**统计 1/8000 的“大角度”事件**，即可体验当年卢瑟福的惊喜。
六、迈克尔逊-莫雷实验：以太漂移的零结果
实验目的
测量地球在“以太”中的绝对速度，结果却为**零漂移**，直接催生狭义相对论。
现代复现思路
使用 650 nm 激光与 20 m 光纤延迟线，在旋转平台上检测干涉条纹移动。若条纹移动小于 0.01 个周期，即可验证光速不变。
七、法拉第电磁感应：发电机的雏形
如何用最简单器材看到感应电流？
- 线圈：直径 5 cm，绕 500 匝漆包线
- 磁铁：钕铁硼圆柱，快速插入线圈
- 示波器：观测 0.1–0.5 V 脉冲电压
- 进阶：把线圈接 LED，**手摇即可点亮**
八、布朗运动实验：分子存在的间接证据
为什么花粉颗粒永不停息？
水分子热运动撞击花粉，产生**随机游走**。爱因斯坦用数学模型证明，颗粒位移平方均值与时间成正比，并给出阿伏伽德罗常数估算 *** 。
手机显微镜版操作
- 滴稀释牛奶于载玻片，盖玻片压平
- 手机 400× 镜头对准，录像 30 s
- 用 Tracker 软件追踪 10 个颗粒轨迹，计算均方位移
- 代入公式 D = ⟨x²⟩ / 2t，**可估算水分子动能**
九、光电效应实验：量子理论的敲门砖
经典波动理论为何失效？
光强再大也无法释放电子，**只有频率超过阈值才有效**。爱因斯坦提出光子假说，E = hν，解释截止电压与频率的线性关系。
LED 简易测量
用 365 nm 紫外 LED 照射锌板，静电计显示电荷流失；换 450 nm 蓝光则无效，**直观展示频率阈值**。
十、斯特恩-格拉赫实验：自旋的首次亮相
银原子束为何分裂成两束？
空间量子化导致磁矩只有 ±μ_B 两个投影值，**证明角动量不是连续而是量子化的**。在家可用电子束管与不均匀磁场模拟，观察荧光屏上的双斑。
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