三光速测量.pptVIP

光速的测定（高中物理第三册P.4-5）;;;思考题;;;;（高中第三册P.4）; 到19世纪初，托马斯·杨在研究干涉现象时指出，光在密度大的介质中的速度应比它在密度小的介质中的速度小．这与主张微粒说的看法正好相反． 如果能确定光在密度不同的介质中的速度，并与真空中的光速相比，就能确定波动说和微粒说中哪个是正确的．因此光速成的测量和确定不只是一个物理常数了，而成为关于光的本质争论中一个具有“判决意义”的实验研究．; 　 17世纪，伽利略在《两门新科学》中提出了最早的测量光速的设计：在一个夜晚，伽利略和他的助手分别站在相距约4500米的两个山头上，各自手上提一盏带有遮光板的灯，当一人打开自己的灯光时，另一人看到时立即挪开遮光板．伽利略设想只要测出从他打开灯到他看见助手的灯光所经历的时间，再测出两个山头的距离，不就可以求出光速了吗？“结果我未能确定地弄清楚对方传来的光是不是即时返回”．;　　　从原理上讲，伽利略实验采用类似测量声速的方法v=2s/t来测量光速 是对的．伽利略实验的失败，说明光速如果是有限的，它必定是十分巨大的，为此必须测出极短时间间隔，或在很长很长的距离上进行测量． ;　一、天文上的测量 　丹麦天文学家罗默（Olaf Romer,1644-1710）第一个用天文的实验方法证明了光以有限的速度传播． 　由于行星的有规律的运动，卫星蚀也是周期性发生的．例如，离木星最近的一颗卫星-----木卫1的卫星蚀周期约为1.76昼夜． 　但在长期的天文观测中，罗默注意到，一年之中，当地球在自己的轨道上朝向木星运动时，木卫蚀的时刻就逐渐提早；而背离木星运动时，木卫蚀的时刻就逐渐推迟．; 如图，若地球在E1和木星在J1看到一次木卫蚀，当地球在作自E1向E2运动时，地球与木星的距离在逐渐增大，自木星来的任一信号都必须比前一信号多走一些距离才到达地球．罗默观察到，由E1到E2的三个月时间里，所有相邻蚀的时间延迟的总和约为10分钟．当地球继续由E3经过E4而向E5运动时，地球与木星的距离在逐渐减小，自木星来的任一信号都比前一信号少走一些距离． ; 罗默认为这种现象是由于光具有速度造成的，进而推断光速是有限的．罗默从他的测量推断出，光走过与地球轨道半径等长的距离所需的时间约为11分钟（现代值为8分钟）． 据此，1676年9月，罗默成功地预计了11月9日发生的木卫蚀要推迟10分钟．巴黎天文台的科学家们怀着将信将疑的态度，观测并最终证实了罗默的预言． 罗默的理论没有马上被法国科学院接受，但得到了著名科学家惠更斯的赞同．惠更斯根据罗默的数据和地球轨道直径（近似值）的数据，计算出科学史上第一个光速值为227 000千米/秒．; 虽然这个数值与目前测得的最精确的数据相差甚远，但它启发了惠更斯对波动说的研究；更重要的是这个结果的错误不在于方法的错误，只是源于罗默对光跨越地球的时间的错误推测，现代用罗默的方法经过各种校正后得出的结果是298000千米/秒，很接近于现代实验室所测定的精确数值． ; 1728年英国天文学家布拉德雷（James Bradley,1693-1762）发现在一年中，恒星会发生一个极小的椭圆形位移．开始，他无法解释这一现象． 据说，布拉德雷在泰晤士河上航行时，偶然发现一种现象，当船转弯时，桅杆上的风向标会改变方向．这使得他联想到观测到的现象，这种椭圆运动与此很像，他叫做“光行差”现象． ; 布拉德雷对此写道：“假想CA是一条光线，垂直地落到直线BD上，如果研究（指观察者）静止于A点，那么不管光的传播需要时间还是只需瞬间，物体必然出现在AC方向上．但是，如果眼睛（观察者）从B向A运动，而光的传播又需要时间，而光的传播速度与眼睛（观察者）的速度之比等于CA与BA之比，则当眼睛（观察者）从B运动到A时，光从C传播到A……”; 布拉德雷用地球公转的速度与光速的比估算出了太阳光到达地球需要8分13秒．这个数值较罗默法测定的要精确一些．布拉德雷测定值证明了罗默有关光速有限性的说法． 应用光行差法测得光速为301 000千米/秒．天文学家测量光速的成功，也极大地鼓舞了物理学家去发明实验室测光速的方法． ; 二、菲索与傅科的测量 1849年，菲索（Armand Hippolyte Louis Fizeau, 1819-1896）首先在地面上测得光速值，其值为315 300千米/秒．他的装置及原理如下 ：; 原理大致是：