肖君关于微小变化地放大
17页1、0610280 肖君 光速的测量,一.光速测量的天文学方法,光速的测量,首先在天文学上获得成功,这是因为宇宙广阔的空间提供了测量光速所需要的足够大的距离,1.罗默的卫星蚀法,早在1676年丹麦天文学家罗默(1644 1710)首先测量了光速由于任何周期性的变化过程都可当作时钟,他成功地找到了离观察者非常遥远而相当准确的“时钟”,罗默在观察时所用的是木星每隔一定周期所出现的一次卫星蚀他在观察时注意到:连续两次卫星蚀相隔的时间,当地球背离木星运动时,要比地球迎向木星运动时要长一些,他用光的传播速度是有限的来解释这个现象光从木星发出(实际上是木星的卫星发出),当地球离开木星运动时,光必须追上地球,因而从地面上观察木星的两次卫星蚀相隔的时间,要比实际相隔的时间长一些;当地球迎向木星运动时,这个时间就短一些,因为卫星绕木星的周期不大(约为1.75天),所以上述时间差数,(在最合适的时间) 不致超过15秒(地球的公转轨道速度约为30千米/秒)因此,为了取得可靠的结果,当时的观察曾在整年中连续地进行罗默通过观察从卫星蚀的时间变化和地球轨道直径求出了光速由于当时只知道地球轨道半径的近似值,故求出的光速
2、只有214300km/s这个光速值尽管离光速的准确值相差甚远,但它却是测定光速历史上的第一个记录后来人们用照相方法测量木星卫星蚀的时间,并在地球轨道半径测量准确度提高后,用罗默法求得的光速为29984060km/s,2.布莱德雷的光行差法,1728年,英国天文学家布莱德雷(16931762)采用恒星的光行差法,再一次得出光速是一有限的物理量布莱德雷在地球上观察恒星时,发现恒星的视位置在不断地变化,在一年之内,所有恒星似乎都在天顶上绕着半长轴相等的椭圆运行了一周他认为这种现象的产生是由于恒星发出的光传到地面时需要一定的时间,而在此时间内,地球已因公转而发生了位置的变化他由此测得光速为: C=299930千米/秒 这一数值与实际值比较接近,二、光速测定的大地测量方法,光速的测定包含着对光所通过的距离和所需时间的量度,由于光速很大,所以必须测量一个很长的距离和一个很短的时间,大地测量法就是围绕着如何准确测定距离和时间而设计的各种方法,1伽利略测定光速的方法,物理学发展史上,最早提出测量光速的是意大利物理学家伽利略1607年在他的实验中,让相距甚远的两个观察者,各执一盏能遮闭的灯,观察者A打开
3、灯光,经过一定时间后,光到达观察者B,B立即打开自己的灯光,过了某一时间后,此信号回到A,于是A可以记下从他自己开灯的一瞬间,到信号从B返回到A的一瞬间所经过的时间间隔t若两观察者的距离为S,则光的速度为 c=2s/t 因为光速很大,加之观察者还要有一定的反应时间,所以伽利略的尝试没有成功如果用反射镜来代替B,那么情况有所改善,这样就可以避免观察者所引入的误差这种测量原理长远地保留在后来的一切测定光速的实验方法之中甚至在现代测定光速的实验中仍然采用但在信号接收上和时间测量上,要采用可靠的方法使用这些方法甚至能在不太长的距离上测定光速,并达到足够高的精确度,2.齿轮法,1849年德国物理学家菲索用“齿轮法”测出光速。如图45所示,从光源S发出的光,射到半镀银的平面镜A上.,经A反射,后,从齿轮N的齿间空隙射到反射镜M上,,然后再反射回来,通过半镀银镜射入观察者眼中.,如果使,齿轮转动,那么在光从齿间到达M再,反射回齿间的时间t内,齿轮将转过一个角度。,如果这时齿a和,a间的空隙恰好被a所占据,则反射回来的光被遮断,,因而观察者将看不到光。但如果这时齿轮恰,好转到下一个齿间空隙,由M反射回
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