三、著名科学实验

　　(一)托里拆利实验

　　托里拆利实验是大气压强中一个比较重要的实验。该实验第一次测出了大气压强值为760mm水银柱所产生的压强。

　　该实验完整是这样做的：用长约1m的玻璃管，一端开口，一端封闭。灌满水银后，用拇指堵住管口，倒放在水银槽中，管中水银下降至760mm。这时管中上方出现一段真空。(如图)

　　1.如果将玻璃管加粗或者改细一点，对该实验都不会产生影响，测量出来的结果仍然是760mm水银柱。

　　如果将玻璃管向上提起一些，水银柱会管内下降，但距水银槽中水银面高度仍是760mm。将玻璃管向下按压一些，也不会影响到测量结果。

　　小结：玻璃管的粗细不会影响测量结果。把玻璃管向上提起或者向下按下也不会影响到测量结果。

　　2.如果将玻璃管倾斜，管中水银会上升，水银柱长度增加，但这时如果测量其竖直高度仍然是760mm。

　　小结：将玻璃管倾斜后，水银柱长度增加，高度不变。

　　3.如果玻璃管中混入了少量的空气，玻璃管中水银由于受到了一部分气体向下的压强，所以水银柱会下降一些，这时水银柱的高度将会小于760mm，也就是说比真实的气压值要小一些。

　　小结：玻璃管中如果混入少量的空气，测量值会比真实值小。

　　4.如果在玻璃管顶端凿一小孔，管中由于能够进入空气，玻璃管中水银柱的上表面也就受到了大气压强，由于这个压强和水银槽中水银面上方受到的大气压强相等，管中水银就会由于自身的重力而下降，直到和水银槽中水银面相平。

　　其实在管顶凿一小孔后，玻璃管和水银槽就构成了一个连通器，因此这时水银在不流动时各液面将保持相平。

　　(二)自由落体实验

　　不受任何阻力，只在重力作用下而降落的物体，叫“自由落体”。如在地球引力作用下由静止状态开始下落的物体。地球表面附近的上空可看作是恒定的重力场。如不考虑大气阻力，在该区域内的自由落体运动是匀加速直线运动。其加速度恒等于重力加速度g。虽然地球的引力和物体到地球中心距离的平方成反比，但地球的半径远大于自由落体所经过的路程，所以引力在地面附近可看作是不变的，自由落体的加速度即是一个不变的常量。它是初速为零的匀加速直线运动。

　　落体实验古希腊思想家亚里士多德(公元前384—322年)曾经断言：物体从高空落下的快慢同物体的重量成正比，重者下落快，轻者下落慢。比如说，十磅重的物体落下时要比一磅重的物体落下快十倍。1800多年来，人们都把这个错误论断当作真理而信守不移。直到16世纪，伽利略(公元1564—1642年)才发现了这一理论在逻辑上的矛盾。伽利略说，假如一块大石头以某种速度下降，那么，按照亚里士多德的论断，一块小些的石头就会以相应慢些的速度下降。要是我们把这两块石头捆在一起，那这块重量等于两块石头重量之和的新石头，将以何种速度下降呢?如果仍按亚里士多德的论断，势必得出截然相反的两个结论。一方面，新石头的下降速度应小于第一块大石头的下降速度，因为加上了一块以较慢速度下降的石头，会使第一块大石头下降的速度减缓;另一方面，新石头的下降速度又应大于第一块大石头的下降速度，因为把两块石头捆在一起，它的重量大于第一块大石头。这两个互相矛盾的结论不能同时成立，可见亚里士多德的论断是不合逻辑的。伽利略进而假定，物体下降速度与它的重量无关。如果两个物体受到的空气阻力相同，或将空气阻力略去不计，那么，两个重量不同的物体将以同样的速度下落，同时到达地面。

　　为了证明这一观点，1589年的一天，比萨大学青年数学讲师，年方25岁的伽利略，同他的辩论对手及许多人一道来到比萨斜塔。伽利略登上塔顶，将一个重100磅和一个重一磅的铁球同时抛下。在众目睽睽之下，两个铁球出人意料地差不多是平行地一齐落到地上。面对这个无情的实验，在场观看的人个个目瞪口呆，不知所措。 这个被科学界誉为“比萨斜塔试验”的美谈佳话，用事实证明，轻重不同的物体，从同一高度坠落，加速度一样，它们将同时着地，从而推翻了亚里士多德的错误论断。这就是被伽利略所证明的，如今已为人们所认识的自由落体定律。“比萨斜塔试验”作为自然科学实例，为实践是检验真理的惟一标准提供了一个生动的例证。

　　(三)牛顿棱镜分解太阳光

　　艾萨克·牛顿出生那年，伽利略与世长辞。牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院。当时大家都认为白光是一种纯的没有其它颜色的光，而有色光是一种不知何故发生变化的光(又是亚里士多德的理论)。

　　为了验证这个假设，牛顿把一面三棱镜放在阳光下，透过三棱镜，光在墙上被分解为不同颜色，后来我们称作为光谱。人们知道彩虹的五颜六色，但是他们认为那时因为不正常。牛顿的结论是：正是这些红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫基础色有不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光，如果你深入地看看，会发现白光是非常美丽的。

　　【预测演练】

　　【预测题 单选】下列有关气压的说法错误的是：

　　A. 托里拆利实验首次证明了大气压的存在

　　B. 气体的压强是大量分子频繁地碰撞容器壁而产生的

　　C. 大气压的大小一般随高度升高而升高

　　D. 低气压对人体生理的影响主要是影响人体内氧气的供应

　　【答案】C

　　【解析】第一步，本题考查气压。

　　第二步，高处大气其柱较短，大气压较小，大气压的大小一般随高度升高而降低。

　　因此，选择C选项。

　　【预测题 单选】下列说法错误的是：

　　A. 托里拆利实验首次证明了大气压的存在

　　B. 自由落体实验证明轻重不同的物体，从同一高度坠落，加速度一样

　　C. 棱镜分解太阳光的实验证明白光是由多种色光混合而成

　　D. 自由落体实验发生的国家属于地中海气候

　　【答案】A

　　【解析】第一步，本题考查著名物理实验。

　　第二步，托里拆利实验首次计算出大气压的数值。

　　因此，选择A选项。

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