光速测量研究性实验报告.docx

光速测量一． 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=16 fl0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五、光拍法测量光速GY—Ⅲ 型光速测定仪原理示意图【实验目的】1． 掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法2． 通过测量光拍的波长和频率来确定光速实验仪器】CG-IV 型光速测定仪，示波器，数字频率计【实验原理】根据振动叠加原理，频差较小，速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍若有振幅相同为 E0、圆频率分别为 和 （频差 较小）的二光1221束： )cos(1101xktE )cos(20xktE式中 ， 为波数， 和 为初位相。

若这两列光波的偏振方向相/2k22/12同，则叠加后的总场为：  2)(2cos)(cos 112121021 cxtcxtE上式是沿 x 轴方向的前进波，其圆频率为 ，振幅为/)21，因为振幅以频率为 周期性地变化，所以2)(2cos10ct 4/fE 被称为拍频波， 称为拍频， 为拍频波的波长f fc/实验通过实验装置获得两束光拍信号，在示波器上对两光拍信号的相位进行比较，测出两光拍信号的光程差及相应光拍信号的频率，从而间接测出光速值假设两束光的光程差为 L，对应的光拍信号的相位差为 ，当二光拍信号的相位差为 2π 时，即光程差为'光拍波的波长 时，示波器荧光屏上的二光束的波形就会完全重合由公便可测得光速值 c式中 L 为光程差， F 为功率信号发生器的振荡频Ffc2率实验步骤】1，观察实验装置，打开光速测定仪，示波器，数字频率计电源开关2， 调节高频信号源的输出频率（15MHZ 左右），使产生二级以上最强衍射光斑3， 用斩光器挡住远程光，调节全反射镜和半反镜，使近程光沿光电二极管前透镜的光轴入射到光电二极管的光敏面上，这时，示波器上应有与近程光束相应的经分频的光拍波形出现。

4，用斩光器挡住近程光，调节半反镜、全反镜和正交反射镜组，经半反射镜与近程光同路入射到光电二极管的光敏面上，这时，示波器屏上应有与远程光光束相应的经分频的光拍波形出现5，示波器上这时有两列波出现，移动导轨上 A 的滑块，记下此时 A 的位置，然后移动滑块 B，让两列波完全重合，记下滑块 B 的位置6，重复步骤 5，然后再记下数据。