绪论 第一节物理实验的重要性 物理学是一门实验科学,特别是普通物理,更与实验密不可分。在物理学的发展过程中,实验 是决定性的因素。发现新的物理现象,寻找物理规律,验证物理定律等等,都只能依靠实验。离开 了实验,物理理论就会苍白无力,就会成为“无源之水,无本之木”,不可能得到发展。 正是16世纪伟大的实验物理学家伽利略,用他出色的实验工作把古代对物理现象的一些观察和 研究引上了当代物理学的科学道路,使物理学发生了革命性的变化。力学中的许多基本定律,如自 由落体定律、惯性定律等,都是由伽利略通过实验发现和总结出来的。电磁学的硏究,也是从库仑 发明扭秤并用来测量电荷之间的作用力开始的 牛顿对理论和实验的关系阐述得很明白。他在1672年给奥尔登堡的信中说:“探求事物属性的 准确方法是从实验中把他们推导出来。考察我的理论的方法就在于考虑我所提出的实验是否确实证 明了这个理论;或者提出新的实验去验证这个理论。”事实上,牛顿提出过许多理论,其中,万有引 力定律被海王星的发现和哈雷彗星的准确观测等实践所证明;而他关于光的本性的学说却被杨氏干 涉实验和许多衍射实验所推翻 经典物理学的基本定律几乎全部是实验结果的总结与推广。在十九世纪以前,没有纯粹的理论 物理学家。所有物理学家,包括对物理理论的发展有重大贡献的牛顿、菲涅耳、麦克斯韦等,都亲 自从事实验工作。近代物理的发展则是从所谓“两朵乌云”和“三大发现”开始的。前者是指当时经典 物理学无法解释的两个实验结果,即黑体辐射实验和迈克耳孙一莫雷实验;后者是指在实验室中发 现了X光、放射性和电子。由于物理学的发展越来越深入、越来越复杂,而人的精力有限,才有了 以理论研究为主和以实验研究为主的分工,出现了“理论物理学家”。然而,即使理论物理学家也绝 对不能离开物理实验。爱因斯坦无疑是最著名的理论物理学家,而他获得诺贝尔奖是因为他正确解 释了光电效应的实验;他当初提出的相对论是以“光速不变”的假设为基础的,只是经过长期大量的 实验后,相对论才成为一个被人们普遍接受的理论。 总之,物理学的理论来源于物理实验又必须最终由物理实验来验证。因此,要从事物理学的研 究,必须掌握物理实验的基本功。正因为如此,我国物理学界的前辈们对物理实验都十分重视。创 办复旦大学物理系的王福山先生亲自从一个弹簧开始筹措实验仪器设备,为建立物理教学实验室倾 注了大量的心血;创办清华大学物理系的叶企孙先生对李政道这样优秀的学生,仍规定:“理论课可 以免上,只参加考试;但实验不能免,每个必做。” 物理实验不仅对于物理学的研究工作极其重要,对于物理学在其它学科的应用也十分重要。当 代物理学的发展已使我们的世界发生了惊人的改变,而这些改变正是物理学在各行各业中应用的结 果 电子物理、电子工程、光源工程、光科学信息工程等系科都显然是以物理学为基础的,当然有 大量物理学的应用;在材料科学中,各种材料的物性测试、许多新材料的发现(如C6、高温超导材 料等)和新材料制备方法的研究(如离子束注入、激光蒸发等),都离不开物理的应用;在化学中, 从光谱分析到量子化学、从放射性测量到激光分离同位素,也无不是物理的应用;在生物学的发展 史中,离不开各类显微镜(光学显微镜、电子显微镜、Ⅹ光显微镜、原子力显微镜)的贡献,近代 生命科学更离不开物理学,DNA的双螺旋结构就是美国遗传学家和英国物理学家共同建立并为Ⅹ光 衍射实验所证实的,而对DNA的操纵、切割、重组也都需要实验物理学家的帮助;在医学中,从X 光透视、B超诊断、CT诊断、核磁共振诊断到各种理疗手段,包括放射性治疗、激光治疗、γ刀等 等都是物理学的应用。物理学正在滲透到各个学科领域,而这种渗透无不与实验密切相关。显然,2 绪 论 第一节 物理实验的重要性 物理学是一门实验科学，特别是普通物理，更与实验密不可分。在物理学的发展过程中，实验 是决定性的因素。发现新的物理现象，寻找物理规律，验证物理定律等等，都只能依靠实验。离开 了实验，物理理论就会苍白无力，就会成为“无源之水，无本之木”，不可能得到发展。 正是 16 世纪伟大的实验物理学家伽利略，用他出色的实验工作把古代对物理现象的一些观察和 研究引上了当代物理学的科学道路，使物理学发生了革命性的变化。力学中的许多基本定律，如自 由落体定律、惯性定律等，都是由伽利略通过实验发现和总结出来的。电磁学的研究，也是从库仑 发明扭秤并用来测量电荷之间的作用力开始的。 牛顿对理论和实验的关系阐述得很明白。他在 1672 年给奥尔登堡的信中说：“探求事物属性的 准确方法是从实验中把他们推导出来。考察我的理论的方法就在于考虑我所提出的实验是否确实证 明了这个理论；或者提出新的实验去验证这个理论。”事实上，牛顿提出过许多理论，其中，万有引 力定律被海王星的发现和哈雷彗星的准确观测等实践所证明；而他关于光的本性的学说却被杨氏干 涉实验和许多衍射实验所推翻。 经典物理学的基本定律几乎全部是实验结果的总结与推广。在十九世纪以前，没有纯粹的理论 物理学家。所有物理学家，包括对物理理论的发展有重大贡献的牛顿、菲涅耳、麦克斯韦等，都亲 自从事实验工作。近代物理的发展则是从所谓“两朵乌云”和“三大发现”开始的。前者是指当时经典 物理学无法解释的两个实验结果，即黑体辐射实验和迈克耳孙－莫雷实验；后者是指在实验室中发 现了 X 光、放射性和电子。由于物理学的发展越来越深入、越来越复杂，而人的精力有限，才有了 以理论研究为主和以实验研究为主的分工，出现了“理论物理学家”。然而，即使理论物理学家也绝 对不能离开物理实验。爱因斯坦无疑是最著名的理论物理学家，而他获得诺贝尔奖是因为他正确解 释了光电效应的实验；他当初提出的相对论是以“光速不变”的假设为基础的，只是经过长期大量的 实验后，相对论才成为一个被人们普遍接受的理论。 总之，物理学的理论来源于物理实验又必须最终由物理实验来验证。因此，要从事物理学的研 究，必须掌握物理实验的基本功。正因为如此，我国物理学界的前辈们对物理实验都十分重视。创 办复旦大学物理系的王福山先生亲自从一个弹簧开始筹措实验仪器设备，为建立物理教学实验室倾 注了大量的心血；创办清华大学物理系的叶企孙先生对李政道这样优秀的学生，仍规定：“理论课可 以免上，只参加考试；但实验不能免，每个必做。” 物理实验不仅对于物理学的研究工作极其重要，对于物理学在其它学科的应用也十分重要。当 代物理学的发展已使我们的世界发生了惊人的改变，而这些改变正是物理学在各行各业中应用的结 果。 电子物理、电子工程、光源工程、光科学信息工程等系科都显然是以物理学为基础的，当然有 大量物理学的应用；在材料科学中，各种材料的物性测试、许多新材料的发现（如 C60、高温超导材 料等）和新材料制备方法的研究（如离子束注入、激光蒸发等），都离不开物理的应用；在化学中， 从光谱分析到量子化学、从放射性测量到激光分离同位素，也无不是物理的应用；在生物学的发展 史中，离不开各类显微镜（光学显微镜、电子显微镜、X 光显微镜、原子力显微镜）的贡献，近代 生命科学更离不开物理学，DNA 的双螺旋结构就是美国遗传学家和英国物理学家共同建立并为 X 光 衍射实验所证实的，而对 DNA 的操纵、切割、重组也都需要实验物理学家的帮助；在医学中，从 X 光透视、B 超诊断、CT 诊断、核磁共振诊断到各种理疗手段，包括放射性治疗、激光治疗、γ 刀等 等都是物理学的应用。物理学正在渗透到各个学科领域，而这种渗透无不与实验密切相关。显然