几种测量光速的方法

发布时间：2013-05-24

几种测量光速的方法

引言： 光速的测定在光学的发展史上具有非常特殊而重要的意义。它不仅推动了光学实验，也打破了光速无限的传统观念；在物理学理论研究的发展里程中，它不仅为粒子说和波动说的争论提供了判定的依据，而且最终推动了爱因斯坦相对论理论的发展。

摘要： 光速的测定，经过了几百年的历史，最初的光速是由惠更斯根据丹麦科学家罗曼的理论测出的，但是很不精确。随后的科学家为了的到更精确的结果，便发明并运用不同的方法去测定光速，其中最先较精确的结果是法国科学家菲索旋转齿轮法，接着的是迈克尔逊的旋转镜和干涉仪的测法，还有生活中运用微波炉测定光速的方法。 关键字：光速的测定 正文： 一．
惠更斯的测定的光速
丹麦青年科学家罗默。罗默生于奥尔胡斯，在哥本哈根受过教育，后来移居巴黎。在罗默来巴黎的30年前，意大利天文学家卡西尼应路易十四聘请也来到巴黎，他对木星系进行了长期系统的观察和研究。他告诉人们，木星和地球一样也是围绕着太阳运行的行星，但它绕太阳运行的周期是12年。在它的周围有12颗卫星，其中有4颗卫星特别亮，地球上的人借助于望远镜就可以看清楚它们的位置。由于这些卫星绕木星运行，隔一段时间就会被木星遮食一次，其中最近木星的那颗卫星二次被木星遮食的平均时间间隔为42小时28分16秒。罗默在仔细观察和测量之后发现，这个时间间隔在一年之内的各个时间里并不是完全相同的，并且当木星的视角变小时，这个时间间隔要大于平均值。

1676年9月，罗默向巴黎科学院宣布，原来预计11月9日上午5点25分45秒发生的木卫食将推迟10分钟。巴黎天文台的天文学家们虽然怀疑罗默的神秘预言，但还是作了观测并证实了木卫食的推迟。11月22日罗默在解释这个现象时说，这是因为光穿越地球的轨道需要时间，最长时间可达22分钟。后来惠更斯利用罗默的数据和地球轨道直径的数据，第一次计算出光速为 2×108米/秒。
虽然这个结果很不精确，但为光速的测定迈出了一大步。 二.法国科学家菲索的旋转齿轮法
菲索为法国科学家，他让光源发出的光从转动齿轮的间隙中通过，再通过透镜变成平行光束，这光束聚焦于安装在一定距离的平面镜上，被平面镜反射后再沿着相反的方向返回齿轮，进入观察者的眼睛。

当齿轮以某一速度转动时，观察者将看不到返回的光，这是因为光线从齿轮到达平面镜再回到齿轮时，恰好为下一个移来的齿所遮蔽，倘若使轮的转速增加1倍，光点又重新被看到了，因为返回的光恰好穿过下一个齿缝。设轮的 如果光速为C，齿轮与平面镜间的距离为l，那么， 进行的。齿轮的齿数是720个，计算光速为313，300公里/秒， 可以看出结果与今天的精确值比较接近。 三. 迈克尔逊旋转镜和干涉仪测法如图7所示是迈克尔逊用转动八面镜法测光速的实验示意图，图中S为发光点，T是望远镜，平面镜O与凹面镜B构成了反射系统。八面镜距反射系统的距离为AB＝L（L可长达几十千米），且远大于OB以及S和T到八面镜的距离。现使八面镜转动起来，并缓慢增大其转速，当转动频率达到f0并可认为是匀速转动时，恰能在望远镜中第一次看见发光点S，由此迈克尔逊测出光速C。

具体的算法为，此时八面镜转过角度为


即可得出C=16lf0
以上为迈克尔逊的测定光速的原理及计算方法。 四.巧用微波炉测光速
光速的测量并不一定要用科学的仪器，其实在生活中我们可以利用身边的东西进行测量，我们知道电磁波的传播速度等于光速，因此我们可以运用微波炉发出的微波进行光速的测量。具体做法如下：
把旋转托盘从你的微波炉中拿出来，再把一块巧克力放在托盘上。用最大的功率加热，直到巧克力上有两到三处出现融化——这仅仅只需20秒钟的时间。然后，从微波炉中拿出巧克力，测量两个融化处之间的距离，再将此距离乘以2，在乘以2,450,000,000(即2450兆赫兹，如果你的微波炉是标准厂家生产的，那么多半就是这个频率。接下来，你会惊奇地发现，算出的结果非常接近299,792,458——若加上米/秒的单位，即是光速。
我们知道，微波炉每秒产生24亿5千万次的超高频率，快速震荡炉中事物所含有的蛋白质、脂肪、水等成分的分子，使分子之间互相碰撞、挤压、摩擦，重新排列组合。简而言之，它是靠事物内部的摩擦生热原理来烹调的。由于巧克力棒静止不动地停留在微波炉里，微波持续地震荡相同的部位——即迅速变热并融化的地方。而相邻两个融化点之间的距离即是波长的一半，因为微波穿过巧克力块时是上下波动的。将两个融化点之间的距离乘以2，即为一个完整的波长。而微波和光波一样，它们都是以光速行驶的电磁波。在你的炉子里，它们的频率为2450兆赫兹，这就意味着它们每秒钟上下跳跃的次数为24.5亿次。我们已经计算出它们的波长——经历完整的一轮上升和下降的波动说走过的距离。因此我们可以计算出这样的微波经历24.5亿次上升和下降说走过的长度，也就是说，它们在一秒钟内所走过的长度。这样，我们的数据就足够了：如果你发现巧克力的融化点之间的距离是6厘米，那么用0.06*2*2.45*1,000,000,000讲会得到
294,000,000——这个结果与物理学家们用了半个世纪测出的结果及其相似。 小结：以上为测量光速的几种方法，得出的结果的精确度不同，但总的来说都是人类智慧的结晶以及人类对科学进行探究的见证。


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