精彩简明物理学史(34860字)(4)

2019-03-22 11:43

1)由于埃氏对氢谱线的精确测量,提供了氢的可见光部分的四条谱线的精确波长,从中巴尔末提出了一个共同因子:B=3645.6×10毫米。

2)氢的前四根谱线的波长可以从这一基数,相继乘以系数9/5,4/3,25/21,9/8。初看起来,这四个系数,没有构成规则数列,但如果将第二项与第四项分子、分母分别乘以4,则分子为3×3,4×4,5×5,6×6,而分母的完全平方相

n2应的差4,这样就出现了2的规律。

n?47

由于巴尔末公式的发现,光谱成因的神秘大门被打开了,人们研究原子内部结构,又有了一个新的依据,此后光谱规律不断被揭示, 一门新的系统的科学——原子光谱形成了。 二、广义巴尔末公式

巴尔末公式发表以后,不少科学家受到进一步的启发和鼓舞。又有人从恒星的光中拍摄到氢光谱,在紫外区的一些光也可从巴尔末公式中将n取7,8??等得到。

1890年,瑞典人里德伯将氢光谱规律总结为:

~??1??1?R?2?2?,n=3,4,5?? ?n??21其中R=4/B,被称为里德伯常量。

该公式发表在《论化学元素线光谱的结构》一文中。

第四节 光速的测定

光在真空中的传播速度是一个极其重要的物理量,能否准确测定是物理实验技术水平和理论水平的标志。 一、早期的实验

1.伽利略提出:在已知距离的两个高山峰上,放两盏灯,利用接收灯闪亮的时间去除间距,来测光速,但误差较大。

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二、天文学方法

丹麦人奥罗斯·罗末(1644-1710)于1675年提出。

木星有13个卫星, I0(木卫一)是木星的一颗卫星,绕木星旋转一周的时间约42小时28分16秒,因此在地球上看木卫蚀也应是42小时28分16秒一次,但是观测后时间却不一样,原因是两次观测木星与地球的距离不一样,从发出的光信号所传递的空间距离不同。用两次木卫蚀的时间差去除两次木星与地球的距离差,即可求得光速。

现代人用此法可测光速为2.998×10米/秒。 三、地面方法

1849年,法国人菲索(1819-1896)用齿轮旋转法测得光速为3.15?108米/秒。他是第一个首次证明光速可以在实验中测得的人。另外,法国人付科、美国人纽克姆等都对光速测定做过贡献。

下面介绍阿尔伯特·迈克尔逊((1926)旋转棱镜法:

棱镜旋转的转速可以测定,由发光和接收光的时间、棱镜转速和光来回传递距离的数学关系,可以导出光速来。

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1907年,他是第一位获诺贝尔物理奖的美国科学家。

第四章 电磁理论的建成

第一节 对电磁现象的早期认识

1.中国

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西周(公元前1100-公元前771)青铜铭文就记载有“电”字和“雷”字。 先秦:“阴阳相薄,感而为雷,激而为霆。霆,电也。”

古人将磁石称为慈石来形容磁石“以为母也,故能引其子”的功能。 2.英国人吉尔伯特(1544-1623)——论磁

曾为英国伊丽莎白一世的御医,1600年发表《论磁石》,总结了前人的经验,记载了大量实验。 3.1663年,盖里克发明摩擦起电机。 4.1720年,格雷研究了电的传导现象。

5.1733年,杜非分别了两种电:松脂电和玻璃电。

6.1745年,荷兰人马森布洛克发现了莱顿瓶,为贮存电荷找到了一个方法。

第二节 富兰克林对雷电现象的研究

1.富兰克林(1706-1790): 美国人

在全家17个孩子中排行15,其父是小手工业者,家境贫困。他在10岁时缀学,12岁当印刷所学徒,阅读了许多书籍,后来成为科学家和政治家。自己写的墓志铭:“印刷工富兰克林”。

从苍天那里取得了雷电,从暴君那里取得了民权。——杜尔格(法)

2.费城实验

富兰克林40岁时,观看了电学实验,从而对电有了兴趣。其中有一个想法,天上的电和地电是统一的吗?

1752年7月,一个电闪雷鸣的上午,他将一个风筝放到空中,风筝下有一根铁丝,铁丝下栓一根麻绳,麻绳的下一端拴丝线,绳线接触处栓了一把钥匙。 铜钥匙可以给莱顿瓶充电,与摩擦电性质完全相同。

富兰克林的工作,揭开了雷电的奥秘,统一了“天电”和“地电”,震惊了科学界。

小插曲:

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为了验证“地电”与“天电”的相同处,富兰克林想到雷可以击死动物,于是他就实验用“地电”去击杀火鸡,结果被电打昏了。苏醒后,却不介意地说:“我本想用电杀死一只火鸡,结果差点电死了一个傻瓜。”

然而,风险是的确存在的。1753年,俄国的里赫曼在做大气电实验时不幸中电身亡,为科学献身。

现象:麻绳上的纤维向四周自立,犹如“怒发冲冠”

3.发明避雷针:

富兰克林并不满足,将他的发现转化为了新的发明。避雷针诞生了。

4.科学兴趣广泛

命名了正电,负电,发现了电荷守恒定律,研究了火炉的改良,植物的移植,传染病的防治。 写出了《电学的实验和研究》的著作。

5. 富兰克林是独立宣言和美国宪法的起草人之一,为祖国的独立和解放作出了贡献的政治活动家。

第三节 从定性到定量-----库仑定律的发现

一、类比法的成功

1.普利斯特利(1733-1804):德国人,氧气的发现者。化学家。 2.富兰克林的空罐实验

用丝线将一小块软木悬挂在带电金属罐外的附近,软木受到吸引。但把它悬挂在罐内时,不论在罐内何处,它都不受电力。

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当富兰克林写信将这一现象告之普利斯特利后,普氏想到:1687年牛顿曾证明:万有引力若服从平方反比定律,则均匀的物质球壳对壳内物体应无作用。 普利斯特利将空罐实验与牛顿推理类比,联想到电力也表现了这种特性,所以也应遵从平方反比定律。 二、库仑的引力实验

1.库仑(1736-1806): 法国人,当过法国部队的技术军官,后被选为法国科学院院士。

2.库仑的扭秤实验

金属丝的扭力正比于扭转角,将扭丝悬挂起来,可以

测万分之一格令的小力,1785年库仑据此制成电秤,以测定电力。

3.库仑定律

f?Kq1q2 r2万有引力定律

f?G0m1m2 2r4.库仑定律的建立使电磁学进入了定量的研究,使电磁学真正成为一门科学,数学的引入,使这门科学更锦上添花。 ※类比方法的成功

如果不是与万有引力进行类比,单靠实验具体数据的积累,严格的库仑定律的形式将很难得到。

由此我们可以看到类比在科学研究中的作用。 三、卡文迪许(1731-1810):

英国人,万有引力的验证人。他比欧姆更早发现欧姆定律,比库仑用扭秤测电力早11年,是“弦丝挂,火漆封”派的带头人。

卡文迪许也设计了库仑定律的实验,但却未发表。

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