三、著名科學實驗

　　(一)托里拆利實驗

　　托里拆利實驗是大氣壓強中一個比較重要的實驗。該實驗第一次測出了大氣壓強值為760mm水銀柱所產生的壓強。

　　該實驗完整是這樣做的：用長約1m的玻璃管，一端開口，一端封閉。灌滿水銀后，用拇指堵住管口，倒放在水銀槽中，管中水銀下降至760mm。這時管中上方出現(xiàn)一段真空。(如圖)

　　1.如果將玻璃管加粗或者改細一點，對該實驗都不會產生影響，測量出來的結果仍然是760mm水銀柱。

　　如果將玻璃管向上提起一些，水銀柱會管內下降，但距水銀槽中水銀面高度仍是760mm。將玻璃管向下按壓一些，也不會影響到測量結果。

　　小結：玻璃管的粗細不會影響測量結果。把玻璃管向上提起或者向下按下也不會影響到測量結果。

　　2.如果將玻璃管傾斜，管中水銀會上升，水銀柱長度增加，但這時如果測量其豎直高度仍然是760mm。

　　小結：將玻璃管傾斜后，水銀柱長度增加，高度不變。

　　3.如果玻璃管中混入了少量的空氣，玻璃管中水銀由于受到了一部分氣體向下的壓強，所以水銀柱會下降一些，這時水銀柱的高度將會小于760mm，也就是說比真實的氣壓值要小一些。

　　小結：玻璃管中如果混入少量的空氣，測量值會比真實值小。

　　4.如果在玻璃管頂端鑿一小孔，管中由于能夠進入空氣，玻璃管中水銀柱的上表面也就受到了大氣壓強，由于這個壓強和水銀槽中水銀面上方受到的大氣壓強相等，管中水銀就會由于自身的重力而下降，直到和水銀槽中水銀面相平。

　　其實在管頂鑿一小孔后，玻璃管和水銀槽就構成了一個連通器，因此這時水銀在不流動時各液面將保持相平。

　　(二)自由落體實驗

　　不受任何阻力，只在重力作用下而降落的物體，叫“自由落體”。如在地球引力作用下由靜止狀態(tài)開始下落的物體。地球表面附近的上空可看作是恒定的重力場。如不考慮大氣阻力，在該區(qū)域內的自由落體運動是勻加速直線運動。其加速度恒等于重力加速度g。雖然地球的引力和物體到地球中心距離的平方成反比，但地球的半徑遠大于自由落體所經過的路程，所以引力在地面附近可看作是不變的，自由落體的加速度即是一個不變的常量。它是初速為零的勻加速直線運動。

　　落體實驗古希臘思想家亞里士多德(公元前384—322年)曾經斷言：物體從高空落下的快慢同物體的重量成正比，重者下落快，輕者下落慢。比如說，十磅重的物體落下時要比一磅重的物體落下快十倍。1800多年來，人們都把這個錯誤論斷當作真理而信守不移。直到16世紀，伽利略(公元1564—1642年)才發(fā)現(xiàn)了這一理論在邏輯上的矛盾。伽利略說，假如一塊大石頭以某種速度下降，那么，按照亞里士多德的論斷，一塊小些的石頭就會以相應慢些的速度下降。要是我們把這兩塊石頭捆在一起，那這塊重量等于兩塊石頭重量之和的新石頭，將以何種速度下降呢?如果仍按亞里士多德的論斷，勢必得出截然相反的兩個結論。一方面，新石頭的下降速度應小于第一塊大石頭的下降速度，因為加上了一塊以較慢速度下降的石頭，會使第一塊大石頭下降的速度減緩;另一方面，新石頭的下降速度又應大于第一塊大石頭的下降速度，因為把兩塊石頭捆在一起，它的重量大于第一塊大石頭。這兩個互相矛盾的結論不能同時成立，可見亞里士多德的論斷是不合邏輯的。伽利略進而假定，物體下降速度與它的重量無關。如果兩個物體受到的空氣阻力相同，或將空氣阻力略去不計，那么，兩個重量不同的物體將以同樣的速度下落，同時到達地面。

　　為了證明這一觀點，1589年的一天，比薩大學青年數(shù)學講師，年方25歲的伽利略，同他的辯論對手及許多人一道來到比薩斜塔。伽利略登上塔頂，將一個重100磅和一個重一磅的鐵球同時拋下。在眾目睽睽之下，兩個鐵球出人意料地差不多是平行地一齊落到地上。面對這個無情的實驗，在場觀看的人個個目瞪口呆，不知所措。 這個被科學界譽為“比薩斜塔試驗”的美談佳話，用事實證明，輕重不同的物體，從同一高度墜落，加速度一樣，它們將同時著地，從而推翻了亞里士多德的錯誤論斷。這就是被伽利略所證明的，如今已為人們所認識的自由落體定律。“比薩斜塔試驗”作為自然科學實例，為實踐是檢驗真理的惟一標準提供了一個生動的例證。

　　(三)牛頓棱鏡分解太陽光

　　艾薩克·牛頓出生那年，伽利略與世長辭。牛頓1665年畢業(yè)于劍橋大學的三一學院。當時大家都認為白光是一種純的沒有其它顏色的光，而有色光是一種不知何故發(fā)生變化的光(又是亞里士多德的理論)。

　　為了驗證這個假設，牛頓把一面三棱鏡放在陽光下，透過三棱鏡，光在墻上被分解為不同顏色，后來我們稱作為光譜。人們知道彩虹的五顏六色，但是他們認為那時因為不正常。牛頓的結論是：正是這些紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫基礎色有不同的色譜才形成了表面上顏色單一的白色光，如果你深入地看看，會發(fā)現(xiàn)白光是非常美麗的。

　　【預測演練】

　　【預測題 單選】下列有關氣壓的說法錯誤的是：

　　A. 托里拆利實驗首次證明了大氣壓的存在

　　B. 氣體的壓強是大量分子頻繁地碰撞容器壁而產生的

　　C. 大氣壓的大小一般隨高度升高而升高

　　D. 低氣壓對人體生理的影響主要是影響人體內氧氣的供應

　　【答案】C

　　【解析】第一步，本題考查氣壓。

　　第二步，高處大氣其柱較短，大氣壓較小，大氣壓的大小一般隨高度升高而降低。

　　因此，選擇C選項。

　　【預測題 單選】下列說法錯誤的是：

　　A. 托里拆利實驗首次證明了大氣壓的存在

　　B. 自由落體實驗證明輕重不同的物體，從同一高度墜落，加速度一樣

　　C. 棱鏡分解太陽光的實驗證明白光是由多種色光混合而成

　　D. 自由落體實驗發(fā)生的國家屬于地中海氣候

　　【答案】A

　　【解析】第一步，本題考查著名物理實驗。

　　第二步，托里拆利實驗首次計算出大氣壓的數(shù)值。

　　因此，選擇A選項。

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