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  coco16828 2009-09-08 00:00:00

  ~~是小孔成像~~好像初中上面有的~~自己去找吧~~

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  蘇瓷Alex_ 2009-09-13 00:00:00

  1．微波諧振腔法 1950年埃森Z先采用測(cè)定微波波長(zhǎng)和頻率的方法來確定光速．在他的實(shí)驗(yàn)中，將微波輸入到圓柱形的諧振腔中，當(dāng)微波波長(zhǎng)和諧振腔的幾何尺寸匹配時(shí)，諧振腔的圓周長(zhǎng)πD和波長(zhǎng)之比有如下的關(guān)系：πD=2.404825λ，因此可以通過諧振腔直徑的測(cè)定來確定波長(zhǎng)，而直徑則用干涉法測(cè)量；頻率用逐級(jí)差頻法測(cè)定．測(cè)量精度達(dá)10-7．在埃森的實(shí)驗(yàn)中，所用微波的波長(zhǎng)為10厘米，所得光速的結(jié)果為299792.5±1km/s． 2．激光測(cè)速法（大學(xué)課本） 1970年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和美國(guó)國(guó)立物理實(shí)驗(yàn)室Z先運(yùn)用激光測(cè)定光速．這個(gè)方法的原理是同時(shí)測(cè)定激光的波長(zhǎng)和頻率來確定光速（c=νλ）．由于激光的頻率和波長(zhǎng)的測(cè)量精確度已大大提高，所以用激光測(cè)速法的測(cè)量精度可達(dá)10-9，比以前已有Z精密的實(shí)驗(yàn)方法提高精度約100倍．

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  pplo569 2018-03-09 00:00:00

  光速測(cè)定的實(shí)驗(yàn)室方法（高中課本有） 光速測(cè)定的天文學(xué)方法和大地測(cè)量方法，都是采用測(cè)定光信號(hào)的傳播距離和傳播時(shí)間來確定光速的．這就要求要盡可能地增加光程，改進(jìn)時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性．這在實(shí)驗(yàn)室里一般是受時(shí)空限制的，而只能在大地野外進(jìn)行，如斐索的旋輪齒輪法當(dāng)時(shí)是在巴黎的蘇冷與達(dá)蒙瑪特勒相距8633米的兩地進(jìn)行的．傅科的旋轉(zhuǎn)鏡法當(dāng)時(shí)也是在野外，邁克耳遜當(dāng)時(shí)是在相距35373．21米的兩個(gè)山峰上完成的．現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人們可以使用更小更精確地實(shí)驗(yàn)儀器在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行光速的測(cè)量．

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  eniac8 2018-03-09 13:11:49

  光速測(cè)定的實(shí)驗(yàn)室方法（高中課本有） 光速測(cè)定的天文學(xué)方法和大地測(cè)量方法，都是采用測(cè)定光信號(hào)的傳播距離和傳播時(shí)間來確定光速的．這就要求要盡可能地增加光程，改進(jìn)時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性．這在實(shí)驗(yàn)室里一般是受時(shí)空限制的，而只能在大地野外進(jìn)行，如斐索的旋輪齒輪法當(dāng)時(shí)是在巴黎的蘇冷與達(dá)蒙瑪特勒相距8633米的兩地進(jìn)行的．傅科的旋轉(zhuǎn)鏡法當(dāng)時(shí)也是在野外，邁克耳遜當(dāng)時(shí)是在相距35373．21米的兩個(gè)山峰上完成的．現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人們可以使用更小更精確地實(shí)驗(yàn)儀器在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行光速的測(cè)量． 1．微波諧振腔法 1950年埃森Z先采用測(cè)定微波波長(zhǎng)和頻率的方法來確定光速．在他的實(shí)驗(yàn)中，將微波輸入到圓柱形的諧振腔中，當(dāng)微波波長(zhǎng)和諧振腔的幾何尺寸匹配時(shí)，諧振腔的圓周長(zhǎng)πD和波長(zhǎng)之比有如下的關(guān)系：πD=2.404825λ，因此可以通過諧振腔直徑的測(cè)定來確定波長(zhǎng)，而直徑則用干涉法測(cè)量；頻率用逐級(jí)差頻法測(cè)定．測(cè)量精度達(dá)10-7．在埃森的實(shí)驗(yàn)中，所用微波的波長(zhǎng)為10厘米，所得光速的結(jié)果為299792.5±1km/s． 2．激光測(cè)速法（大學(xué)課本） 1970年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和美國(guó)國(guó)立物理實(shí)驗(yàn)室Z先運(yùn)用激光測(cè)定光速．這個(gè)方法的原理是同時(shí)測(cè)定激光的波長(zhǎng)和頻率來確定光速（c=νλ）．由于激光的頻率和波長(zhǎng)的測(cè)量精確度已大大提高，所以用激光測(cè)速法的測(cè)量精度可達(dá)10-9，比以前已有Z精密的實(shí)驗(yàn)方法提高精度約100倍． 除了以上介紹的幾種測(cè)量光速的方法外，還有許多十分精確的測(cè)定光速的方法． 根據(jù)1975年第十五屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)的決議，現(xiàn)代真空中光速的Z可靠值是： c=299792.458±0.001km/s 接近光速時(shí)的速度合成 接近光速情況下，笛卡爾坐標(biāo)系不再適用。同樣測(cè)量光線離開自己的速度，一個(gè)快速追光的人與一個(gè)靜止的人會(huì)測(cè)得相同的速度（光速）。這與日常生活中對(duì)速度的概念有異。兩車以50km/h的速度迎面飛馳，司機(jī)會(huì)感覺對(duì)方的車以50 + 50 = 100km/h行駛，即與自己靜止而對(duì)方以100km/h迎面駛來的情況無異。但當(dāng)速度接近光速時(shí)，實(shí)驗(yàn)證明簡(jiǎn)單加法計(jì)算速度不再奏效。當(dāng)兩飛船以90%光速的速度（對(duì)第三者來說）迎面飛行時(shí)，船上的人不會(huì)感覺對(duì)方的飛船以90%c+90%c=180%c光速速度迎面飛來，而只是以稍低于99.5%的光速速度行駛。結(jié)果可從愛因斯坦計(jì)算速度的算式得出： v和w是對(duì)第三者來說飛船的速度，u是感受的速度，c是光速。 不同介質(zhì)中的光速 真空中的光速 真空中的光速是一個(gè)重要的物理常量，國(guó)際公認(rèn)值為c=299，792，458米/秒。17世紀(jì)前人們以為光速為無限大，意大利物理學(xué)家G.伽利略曾對(duì)此提出懷疑，并試圖通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)，但因過于粗糙而未獲成功。1676年，丹麥天文學(xué)家O.C.羅默利用木星衛(wèi)星的星蝕時(shí)間變化證實(shí)光是以有限速度傳播的。1727年，英國(guó)天文學(xué)家J.布拉得雷利用恒星光行差現(xiàn)象估算出光速值為c=303000千米/秒。 1849年，法國(guó)物理學(xué)家A.H.L.菲佐用旋轉(zhuǎn)齒輪法首次在地面實(shí)驗(yàn)室中成功地進(jìn)行了光速測(cè)量，Z早的結(jié)果為c=315000千米/秒。1862年，法國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家J.-B.-L.傅科根據(jù)D.F.J.阿拉戈的設(shè)想用旋轉(zhuǎn)鏡法測(cè)得光速為c=(298000±500)千米/秒。19世紀(jì)中葉J.C.麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論，他根據(jù)電磁波動(dòng)方程曾指出，電磁波在真空中的傳播速度等于靜電單位電量與電磁單位電量的比值，只要在實(shí)驗(yàn)上分別用這兩種單位測(cè)量同一電量(或電流)，就可算出電磁波的波速。1856年，R.科爾勞施和W.韋伯完成了有關(guān)測(cè)量，麥克斯韋根據(jù)他們的數(shù)據(jù)計(jì)算出電磁波在真空中的波速值為3.1074×105千米/秒，此值與菲佐的結(jié)果十分接近，這對(duì)人們確認(rèn)光是電磁波起過很大作用。 1926年，美國(guó)物理學(xué)家A.A.邁克耳孫改進(jìn)了傅科的實(shí)驗(yàn)，測(cè)得c=(299796±4)千米/秒，他于1929年在真空中重做了此實(shí)驗(yàn)，測(cè)得c=299774千米/秒。后來有人用光開關(guān)(克爾盒)代替齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)以改進(jìn)菲佐的實(shí)驗(yàn)，其精度比旋轉(zhuǎn)鏡法提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。1952年，英國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家K.D.費(fèi)羅姆用微波干涉儀法測(cè)量光速，得c=(299792.50±0.10)千米/秒。此值于1957年被推薦為國(guó)際推薦值使用，直至1973年。 1972年，美國(guó)的K.M.埃文森等人直接測(cè)量激光頻率ν和真空中的波長(zhǎng)λ，按公式c=νλ算得c=(299792458±1.2)米/秒。1975年第15屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)確認(rèn)上述光速值作為國(guó)際推薦值使用。1983年17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過了米的新定義，在這定義中光速c=299792458米/秒為規(guī)定值，而長(zhǎng)度單位米由這個(gè)規(guī)定值定義。既然真空中的光速已成為定義值，以后就不需對(duì)光速進(jìn)行任何測(cè)量了。 介質(zhì)中的光速 不同介質(zhì)中有不同的光速值。1850年菲佐用齒輪法測(cè)定了光在水中的速度，證明水中光速小于空氣中的光速。幾乎在同時(shí)，傅科用旋轉(zhuǎn)鏡法也測(cè)量了水中的光速（3/4c），得到了同樣結(jié)論。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與光的波粒二象性相一致而與牛頓的微粒說相矛盾(解釋光的折射定律時(shí))，這對(duì)光的波動(dòng)本性的確立在歷史上曾起過重要作用。1851年，菲佐用干涉法測(cè)量了運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中的光速，證實(shí)了A.-J.菲涅耳的曳引公式。 [玻璃中光速2/3c] 光在水中的速度：2.25×10^8m/s 光在玻璃中的速度：2.0×10^8m/s 光在冰中的速度：2.30×10^8m/s 光在空氣中的速度：3.0×10^8m/s 光在酒精中的速度：2.2×10^8m/s 上述理論只在19世紀(jì)70年代基本準(zhǔn)確，在愛因斯坦<<廣義相對(duì)論>>中，光速是這樣闡述的:物體運(yùn)動(dòng)接近光速時(shí)，時(shí)間變得緩慢，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)等于光速時(shí)，時(shí)間靜止，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)超過光速時(shí)，時(shí)間倒流.這三個(gè)推斷是19世紀(jì)70年代初中期國(guó)際天文機(jī)構(gòu)觀察探測(cè)日食時(shí)得以證實(shí)，而目前得以證實(shí)人類超過光速的機(jī)器是俄羅斯時(shí)間機(jī)器，它可以使當(dāng)?shù)貢r(shí)間倒退一秒，而耗電量是整個(gè)莫斯科市三年的用電量. E=mc^2推導(dǎo) diyi步：要討論能量隨質(zhì)量變化，先要從量綱得知思路： 能量量綱[E]=[M]([L]^2)([T]^(-2))，即能量量綱等于質(zhì)量量綱和長(zhǎng)度量綱的平方以及時(shí)間量綱的負(fù)二次方三者乘積。 我們需要把能量對(duì)于質(zhì)量的函數(shù)形式化簡(jiǎn)到Z簡(jiǎn)，那么就要求能量函數(shù)中除了質(zhì)量，Z好只有一個(gè)其它的變量。 把([L]^2)([T]^(-2))化簡(jiǎn)，可以得到只有一個(gè)量綱-速度[V_]的形式： [V_]*[V_]。 也就是[E]=[M][V_]*[V_] 可見我們要討論質(zhì)能關(guān)系，Z簡(jiǎn)單的途徑是從速度v_下手。 ---------------------------------------------------- 第二步：先要考慮能量的變化 與能量的變化有關(guān)的有各種能量形式的轉(zhuǎn)化，其中直接和質(zhì)量有關(guān)的只有做功。 那么先來考慮做功對(duì)于能量變化的影響。 當(dāng)外力F_(后面加_表示矢量，不加表示標(biāo)量)作用在靜止質(zhì)量為m0的質(zhì)點(diǎn)上時(shí)，每產(chǎn)生ds_（位移s_的微分）的位移，物體能量增加 dE=F_*ds_(*表示點(diǎn)乘)。 考慮Z簡(jiǎn)化的 外力與位移方向相同的情況，上式變成 dE=Fds ---------------------------------------- 第三步：怎樣把力做功和速度v變化聯(lián)系起來呢？也就是說怎樣來通過力的作用效果來得出速度的變化呢？ 我們知道力對(duì)物體的沖量等于物體動(dòng)量的增量。那么，通過動(dòng)量定理，力和能量就聯(lián)系起來了： F_dt=dP_=mdv_ ---------------------------------------- 第四步：上式中顯然還要參考m質(zhì)量這個(gè)變量，而我們不想讓質(zhì)量的加入把我們力和速度的關(guān)系復(fù)雜化。我們想找到一種辦法約掉m，這樣就能得到純粹的速度和力的關(guān)系。 參考dE=Fds和F_dt=dP_，我們知道，v_=ds_/dt 那么可以得到 dE=v_*dP_ 如果考慮Z簡(jiǎn)單的形式：當(dāng)速度改變和動(dòng)量改變方向相同： dE=vdP --------------------------------- 第五步：把上式化成能量和質(zhì)量以及速度三者的關(guān)系式（因?yàn)槲覀僙初就是要討論這個(gè)形式）： dE=vd(mv)----因?yàn)閐P=d(mv) --------------------------------- 第六步：把上式按照微分乘法分解 dE=v^2dm+mvdv 這個(gè)式子說明：能量的增量含有質(zhì)量因速度增加而增加dm產(chǎn)生的能量增量和單純速度增加產(chǎn)生的能量增量2個(gè)部分。（這個(gè)觀點(diǎn)非常重要，在相對(duì)論之前，人們雖然在理論物理推導(dǎo)中認(rèn)識(shí)到質(zhì)量增加也會(huì)產(chǎn)生能量增量，但是都習(xí)慣性認(rèn)為質(zhì)量不會(huì)隨運(yùn)動(dòng)速度增加而變化，也就是誤以為dm恒定為0，這是經(jīng)典物理學(xué)的Z大錯(cuò)誤之一。） --------------------------------- 第七步：我們不知道質(zhì)量隨速度增加產(chǎn)生的增量dm是怎樣的，現(xiàn)在要研究它到底如何隨速度增加（也就是質(zhì)量增量dm和速度增量dv之間的直接關(guān)系）： 根據(jù)洛侖茲變換推導(dǎo)出的靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量公式： m=m0[1-(v^2/c^2)]^(-1/2) 化簡(jiǎn)成整數(shù)次冪形式： m^2=(m0^2)[1-(v^2/c^2)] 化成沒有分母而且m和m0分別處于等號(hào)兩側(cè)的形式（這樣就是得到運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m對(duì)于速度變化和靜止質(zhì)量的純粹的函數(shù)形式）： (m^2)(c^2-v^2)=(m0^2)c^2 用上式對(duì)速度v求導(dǎo)得到dm/dv（之所以要這樣做，就是要找到質(zhì)量增量dm和速度增量dv之間Z直接的關(guān)系，我們這一步的根本目的就是這個(gè)）： d[(m^2)(c²-v²)]/dv=d[(m0²)c²]/dv(注意式子等號(hào)右邊是常數(shù)的求導(dǎo)，結(jié)果為0) 即 [d(m²)/dv](c²-v²)+m²[d(c²-v²)/dv]=0 即 [m(dm/dv)+m(dm/dv)](c²-v²)+(m²)[0-2v]=0 即 2m(dm/dv)(c²-v²)-2vm²=0 約掉公因式2m(肯定不是0，呵呵，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為0？沒聽說過) 得到： (dm/dv)(c²-V²)-mv=0 即 (dm/dv)(c^2-V^2)=mv 由于dv不等于0（我們研究的就是非靜止的情況，運(yùn)動(dòng)系速度對(duì)于靜止系的增量當(dāng)然不為0） (c^2-v^2)dm=mvdv 這就是我們Z終得到的dm和dv的直接關(guān)系。 -------------------------------------------- 第八步：有了dm的函數(shù)，代回到我們第六步的能量增量式 dE=v^2dm+mvdv =v^2dm+(c^2-v^2)dm =c^2dm 這就是質(zhì)能關(guān)系式的微分形式，它說明：質(zhì)量的增量與能量的增量成正比，而且比例系數(shù)是常數(shù)c^2。 ------------------------------------------ Z后一步：推論出物體從靜止到運(yùn)動(dòng)速度為v的過程中，總的能量增量： 對(duì)上一步的結(jié)論進(jìn)行積分，積分區(qū)間取質(zhì)量從靜止質(zhì)量m0到運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m，得到 ∫dE=∫[m0~m]c^2dm 即 E=mc^2-m0c^2 這就是 物體從靜止到運(yùn)動(dòng)速度為v的過程中，總的能量增量。 其中 E0=m0c^2稱為物體靜止時(shí)候的靜止能量。 Ev=mc^2稱為物體運(yùn)動(dòng)時(shí)候的總動(dòng)能（運(yùn)動(dòng)總能量）。 總結(jié)：對(duì)于任何已知運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為m的物體，可以用E=mc^2直接計(jì)算出它的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能。 關(guān)于光速 光在水中的速度：2.25×10^8m/s 光在玻璃中的速度：2.0×10^8m/s 光在冰中的速度：2.30×10^8m/s 光在空氣中的速度：3.0×10^8m/s 光在酒精中的速度：2.2×10^8m/s 同學(xué)們知道這個(gè)速度相對(duì)什么說的吧？是介質(zhì)，而不關(guān)心介質(zhì)的整體，是以什么速度運(yùn)動(dòng)。就是說如果測(cè)量系以一定速度運(yùn)動(dòng)，則光速是測(cè)量系速度加光在介質(zhì)中的速度，至少低速時(shí)近似如此，這一點(diǎn)維護(hù)相對(duì)論的也不否認(rèn)。 以聲音實(shí)驗(yàn)為例：空氣對(duì)地面靜止，第1次我們不動(dòng)測(cè)得我們發(fā)出的聲音1秒鐘前進(jìn)了300米；第二次我們1秒鐘勻速后退1米，測(cè)得聲音距我們301米，得到結(jié)論：兩次聲音相對(duì)地面速度不變，相對(duì)我們，diyi次300米/秒；第2次301米/秒。 換做光實(shí)驗(yàn)，同樣結(jié)果。我們用玻璃介質(zhì)再做一次，同樣結(jié)果，我們?cè)僮鲆粋€(gè)我們不動(dòng)，讓玻璃帶著光勻速運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)光對(duì)玻璃依然是光速，因?yàn)樗膫鬟f條件沒有任何改變，而對(duì)我們，光速改變了，是靜止光速+玻璃速度。 要么承認(rèn)光速可變，要么承認(rèn)聲速也是不變的。 相對(duì)論在什么情況下有可能可用呢？ 愛因斯坦說：任何光線在“靜止的”坐標(biāo)系中都是以確定的速度c運(yùn)動(dòng)著，不管這道光線是由靜止的還是運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)射出來的?！? 大學(xué)物理中光速不變?cè)恚涸诒舜讼鄬?duì)作勻速直線運(yùn)動(dòng)的任一慣性參考系中，所測(cè)得的光在真空中的傳播速度都是相等的。 可見，大學(xué)教材，已經(jīng)認(rèn)為非真空的光速可變，但是這樣定義帶來另一個(gè)問題，相對(duì)論，只在真空中可用，在通常的大氣條件下，不可用，這又讓一些相對(duì)論的盲目追隨者不知所措。同學(xué)們想?yún)⑴c科學(xué)探討是好的，要先豐富一下自己知識(shí)。

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