三、著名科學(xué)實(shí)驗(yàn)

　　(一)托里拆利實(shí)驗(yàn)

　　托里拆利實(shí)驗(yàn)是大氣壓強(qiáng)中一個(gè)比較重要的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)第一次測(cè)出了大氣壓強(qiáng)值為760mm水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。

　　該實(shí)驗(yàn)完整是這樣做的：用長(zhǎng)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(shí)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(xì)一點(diǎn)，對(duì)該實(shí)驗(yàn)都不會(huì)產(chǎn)生影響，測(cè)量出來(lái)的結(jié)果仍然是760mm水銀柱。

　　如果將玻璃管向上提起一些，水銀柱會(huì)管內(nèi)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(huì)影響到測(cè)量結(jié)果。

　　小結(jié)：玻璃管的粗細(xì)不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。把玻璃管向上提起或者向下按下也不會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果。

　　2.如果將玻璃管傾斜，管中水銀會(huì)上升，水銀柱長(zhǎng)度增加，但這時(shí)如果測(cè)量其豎直高度仍然是760mm。

　　小結(jié)：將玻璃管傾斜后，水銀柱長(zhǎng)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(qiáng)，所以水銀柱會(huì)下降一些，這時(shí)水銀柱的高度將會(huì)小于760mm，也就是說(shuō)比真實(shí)的氣壓值要小一些。

　　小結(jié)：玻璃管中如果混入少量的空氣，測(cè)量值會(huì)比真實(shí)值小。

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

　　其實(shí)在管頂鑿一小孔后，玻璃管和水銀槽就構(gòu)成了一個(gè)連通器，因此這時(shí)水銀在不流動(dòng)時(shí)各液面將保持相平。

　　(二)自由落體實(shí)驗(yàn)

　　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?fàn)顟B(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(chǎng)。如不考慮大氣阻力，在該區(qū)域內(nèi)的自由落體運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。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(yuǎn)大于自由落體所經(jīng)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(gè)不變的常量。它是初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

　　落體實(shí)驗(yàn)古希臘思想家亞里士多德(公元前384—322年)曾經(jīng)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(shuō)，十磅重的物體落下時(shí)要比一磅重的物體落下快十倍。1800多年來(lái)，人們都把這個(gè)錯(cuò)誤論斷當(dāng)作真理而信守不移。直到16世紀(jì)，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(shuō)，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(huì)以相應(yīng)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(shì)必得出截然相反的兩個(gè)結(jié)論。一方面，新石頭的下降速度應(yīng)小于第一塊大石頭的下降速度，因?yàn)榧由狭艘粔K以較慢速度下降的石頭，會(huì)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(yīng)大于第一塊大石頭的下降速度，因?yàn)榘褍蓧K石頭捆在一起，它的重量大于第一塊大石頭。這兩個(gè)互相矛盾的結(jié)論不能同時(shí)成立，可見亞里士多德的論斷是不合邏輯的。伽利略進(jìn)而假定，物體下降速度與它的重量無(wú)關(guān)。如果兩個(gè)物體受到的空氣阻力相同，或?qū)⒖諝庾枇β匀ゲ挥?jì)，那么，兩個(gè)重量不同的物體將以同樣的速度下落，同時(shí)到達(dá)地面。

　　為了證明這一觀點(diǎn)，1589年的一天，比薩大學(xué)青年數(shù)學(xué)講師，年方25歲的伽利略，同他的辯論對(duì)手及許多人一道來(lái)到比薩斜塔。伽利略登上塔頂，將一個(gè)重100磅和一個(gè)重一磅的鐵球同時(shí)拋下。在眾目睽睽之下，兩個(gè)鐵球出人意料地差不多是平行地一齊落到地上。面對(duì)這個(gè)無(wú)情的實(shí)驗(yàn)，在場(chǎng)觀看的人個(gè)個(gè)目瞪口呆，不知所措。 這個(gè)被科學(xué)界譽(yù)為“比薩斜塔試驗(yàn)”的美談佳話，用事實(shí)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(shí)著地，從而推翻了亞里士多德的錯(cuò)誤論斷。這就是被伽利略所證明的，如今已為人們所認(rèn)識(shí)的自由落體定律。“比薩斜塔試驗(yàn)”作為自然科學(xué)實(shí)例，為實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的惟一標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)生動(dòng)的例證。

　　(三)牛頓棱鏡分解太陽(yáng)光

　　艾薩克·牛頓出生那年，伽利略與世長(zhǎng)辭。牛頓1665年畢業(yè)于劍橋大學(xué)的三一學(xué)院。當(dāng)時(shí)大家都認(rèn)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(yàn)證這個(gè)假設(shè)，牛頓把一面三棱鏡放在陽(yáng)光下，透過三棱鏡，光在墻上被分解為不同顏色，后來(lái)我們稱作為光譜。人們知道彩虹的五顏六色，但是他們認(rèn)為那時(shí)因?yàn)椴徽?。牛頓的結(jié)論是：正是這些紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫基礎(chǔ)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(huì)發(fā)現(xiàn)白光是非常美麗的。

　　【預(yù)測(cè)演練】

　　【預(yù)測(cè)題 單選】下列有關(guān)氣壓的說(shuō)法錯(cuò)誤的是：

　　A. 托里拆利實(shí)驗(yàn)首次證明了大氣壓的存在

　　B. 氣體的壓強(qiáng)是大量分子頻繁地碰撞容器壁而產(chǎn)生的

　　C. 大氣壓的大小一般隨高度升高而升高

　　D. 低氣壓對(duì)人體生理的影響主要是影響人體內(nèi)氧氣的供應(yīng)

　　【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(xiàng)。

　　【預(yù)測(cè)題 單選】下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是：

　　A. 托里拆利實(shí)驗(yàn)首次證明了大氣壓的存在

　　B. 自由落體實(shí)驗(yàn)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(yáng)光的實(shí)驗(yàn)證明白光是由多種色光混合而成

　　D. 自由落體實(shí)驗(yàn)發(fā)生的國(guó)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(shí)驗(yàn)。

　　第二步，托里拆利實(shí)驗(yàn)首次計(jì)算出大氣壓的數(shù)值。

　　因此，選擇A選項(xiàng)。

【華圖在線原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，違者將追究法律責(zé)任】

添加您的專屬公考咨詢師

掃碼免費(fèi)領(lǐng)取專屬學(xué)習(xí)禮包

領(lǐng)取資料 咨詢優(yōu)惠