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【转】实验和实验室在物理学发展中的地位和作用(扫盲) 物理学是以实验为本的科学。在物理学的发展中,实验起了重要作用。什么叫实验?实验是人们根据研究的目的,运用科学仪器,人为地控制、创造或纯化某种自然过程,使之按预期的进程发展,同时在尽可能减少干扰的情况下进行观测,(定性的或定量的),以探求该自然过程变化规律的一种科学活动。实验和观察都是搜集事实的科学实践,但两者有所不同。前者要求人们发挥主观能动作用,控制条件,改变客观状态和进程,使自然现象的变化更有利于得出规律性的认识;而后者却只是被动地等待自然界按其本来的进程发展,人们仅仅对现象进行记录和研究。可见,实验和观察是不同层次的认识手段,起着不同的作用,两者不可偏废。实验和生产劳动也有根本区别。两者都有改造世界的任务,但目的并不相同。前者是在科学理论指导下的探索性活动,离不开理论思维和分析判断;后者以直接变革自然,增加物质财富为目的,并不要求科学成果。实验工作中有劳动成分,但它与生产物质财富的劳动有本质的不同。在物理学的发展中,从经典物理学到现代物理学,著名的物理实验不胜枚举,从事实验工作的物理学家何止成千上万。他们置身于艰苦的实验研究之中,为推动物理学的发展努力奋斗。他们的目标是什么?对物理学的发展起了什么样的推动作用?他们的工作有何价值?纵观物理学三百余年的发展史,可以概括成如下几个方面:一、发现新事实,探索新规律伽利略的单摆实验和斜面实验为研究力学规律提供了重要依据;库仑通过滑板实验提出摩擦定律;胡克的弹性实验、玻意耳的空气压缩实验、波雷里的表面张力实验为物性学提供了新事实和新规律。在电学方面可以举出更多的事例。库仑定律的验证、欧姆定律的建立、奥斯特发现电流的磁效应、伽伐尼和伏打发现动物电和化学电源、法拉第发现电解定律和电磁感应现象,无一不是通过大量实验得出的。光的干涉、衍射、偏振以及双折射等现象也都是首先在实验中发现的,这些实验说明了光的波动性;从色散的研究到光谱学的发展,实验更是基本的认识途径,正是这一系列研究把人们带进了原子领域。19 世纪末,经典物理学发展到了相当完善的地步,人们纷纷认为物理学已经到顶了,以后只是把常数测得再准些,向小数点后面推进而已。然而,正是实验的新发现打破了沉闷的空气,揭示了经典物理学的严重不足。世纪之交的三大发现开拓了新的领域,把物理学推进到一个新阶段。物理学有许多分支,汇合起来组成物理学的主干,每个分支在其发展之初,都有大量的实验为之奠基,各分支在其发展的各个阶段大多有新的实验补充新的事实,从而使各分支更加充实,更加全面。这一切说明了:实验,只有实验,才是物理学的基础。二、检验理论,判定理论的适用范围无庸置疑,理论是物理学的主体。理性认识源于感性认识,但高于感性认识,更具有普遍性,只有靠理性认识才能达到事物内部的规律性。然而,理论是否正确,又必须经受实践检验。实验是人们检验理论的重要手段。例如:麦克斯韦的电磁场理论以一组简洁的数学方程概括得十分优美对称,但当年却难以令人信服。直到二十多年后他预言的电磁波被赫兹的实验证实,他的学说才成为举世公认的电磁理论基础。1905 年,爱因斯坦用光电子假说总结了光的微粒说和波动说之间长期的争论,能很好地解释勒纳德的光电效应实验结果,但是直到 1916 年,当密立根以极其严密的实验全面地证实了爱因斯坦的光电方程之后,光的粒子性才为人们所接受。同样,德布罗意的物质波假说也是在实验发现电子衍射之后才得到肯定。从诺贝尔物理奖的颁发可以看到人们对实验检验的评价,请看表14−1。表 14−1 诺贝尔物理奖颁奖年代获奖者及其获奖内容主要工作年代 实验检验年代 获奖年代爱因斯坦光电子理论 1905 1916 1921
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