中考物理輔導(dǎo)--光速及光速的測(cè)定

發(fā)現(xiàn)光以有限速度傳布，是17世紀(jì)的一個(gè)偉年夜成就。伽利略首先熟悉到這個(gè)問(wèn)題，考試考試圖測(cè)量光的傳布速度，但沒(méi)有成功。丹麥天文學(xué)家羅默則用天文不美觀測(cè)的結(jié)不美觀證了然光是以有限速度傳布的。他曾持久不雅察看過(guò)木星的衛(wèi)星(木衛(wèi)一)食的現(xiàn)象，發(fā)此刻一年中各個(gè)分歧的時(shí)代里不雅察看到的衛(wèi)星食的周期并不不異。當(dāng)木星的視巨細(xì)變小(即地球距木星的距離增年夜)時(shí)，不美觀測(cè)到的衛(wèi)星食的周期年夜于平均值;當(dāng)木星的視巨細(xì)變年夜時(shí)，不美觀測(cè)到的衛(wèi)星食周期小于平均值�？紤]到木衛(wèi)的現(xiàn)執(zhí)行為，少少可能有這種不平均性，不雅察看到的現(xiàn)象只能證實(shí)光速有限的假設(shè)。因?yàn)�，�?dāng)?shù)厍蚺c木星的距離逐漸增年夜(減小)時(shí)，來(lái)自木星的任一光旌旗燈號(hào)達(dá)到地球時(shí)要比前一旌旗燈號(hào)多(少)走一段距離。1676年，羅默年夜他的不美觀測(cè)結(jié)不美觀中推出，光穿過(guò)地球軌道直徑需要22分鐘。也就是說(shuō)，年夜地球位于距木星比來(lái)T點(diǎn)不美觀測(cè)到的木衛(wèi)食的時(shí)刻推算出的半年后地球位于距木星最遠(yuǎn)的T點(diǎn)應(yīng)該發(fā)生的衛(wèi)星食的時(shí)刻，要比現(xiàn)實(shí)不美觀測(cè)到的結(jié)不美觀早22分鐘(參看圖1-3，按照現(xiàn)代不美觀測(cè)，這個(gè)值為9942秒)。

因?yàn)槟菚r(shí)尚不知道地球軌道巨細(xì)的切確數(shù)值，而且羅默的不美觀測(cè)也不夠切確，所以沒(méi)有可能求出光速的切確值來(lái)。后人用不異的體例進(jìn)行測(cè)量，按照地球軌道半徑為1.497108千米，獲得的光速為C=(3.0100.06)105千米/秒。

1849年法國(guó)學(xué)者斐索第一個(gè)在地面上測(cè)出了光速。他用的裝配如圖1-4所示。

光年夜光源S發(fā)出，經(jīng)玻璃片K概況反射后，經(jīng)由過(guò)程靜止齒輪A的齒間空位，經(jīng)由相當(dāng)長(zhǎng)的距離(約幾千米)后，年夜平面鏡Z反射回來(lái)，再經(jīng)齒輪A的齒間空位，經(jīng)由過(guò)程玻璃片達(dá)到不雅察看者的眼中。此刻使齒輪起頭動(dòng)彈，而且逐漸加速轉(zhuǎn)速，就會(huì)呈現(xiàn)年夜齒隙0穿過(guò)的光線，反射回來(lái)時(shí)又被齒b蓋住。年夜而使不雅察看者始終看不到Z反射回來(lái)的光。當(dāng)然轉(zhuǎn)速再加速，由齒隙0曩昔的光反射回來(lái)時(shí)剛好由齒隙1經(jīng)由過(guò)程進(jìn)入人眼，而由齒隙1穿過(guò)的光反射回來(lái)時(shí)又剛好年夜齒隙2經(jīng)由過(guò)程進(jìn)入人眼，人又可以見(jiàn)到Z的反射光了。知道了A的齒數(shù)、齒輪的轉(zhuǎn)速以及AZ間的距離，就可算出光速了。例如：AZ間距離為8.6千米，A有720齒，第一次見(jiàn)不到Z的反射光的齒輪轉(zhuǎn)速為12.6轉(zhuǎn)/秒。齒a轉(zhuǎn)到隙0，即轉(zhuǎn)過(guò)半個(gè)齒間距離

72012.6千米/秒=3.12105千米/秒。那時(shí)斐索測(cè)得的光速為3.16105千米/秒。

1851年傅科又設(shè)計(jì)了此外一種體例扭轉(zhuǎn)鏡法測(cè)定了光速。1927年邁克耳遜又改良了前人的裝配。采納扭轉(zhuǎn)八面鏡的體例，很年夜地提高了測(cè)量的切確度。

【例1】 如圖1-5所示，A是直徑為10cm的發(fā)光球，B是直徑為5cm的遮光板，C為光屏，三者中心共軸。AB之間相距20cm。當(dāng)C離B為多遠(yuǎn)時(shí)，B在屏上的本影消逝蹤只有半影?這時(shí)半影球的半徑是若干好多?本影可取得的最年夜直徑是若干好多?

【思緒剖析】 由光的直線傳布紀(jì)律畫(huà)出遮光板B的本影區(qū)和半影區(qū)，本影區(qū)的長(zhǎng)度可由幾何常識(shí)求出，半影環(huán)的半徑也可由相似三角形常識(shí)求出。

【解題體例】光的直線傳布和幾何常識(shí)。

【解題】由題意作出示意圖如圖1-6

有半影

由APO～BQO，

當(dāng)光屏年夜O點(diǎn)向右平移時(shí)，屏上本影消逝蹤而只存在半影。當(dāng)光屏年夜O點(diǎn)向左平移時(shí)，屏上本影區(qū)增年夜，當(dāng)屏靠至B時(shí)，本影可取得最年夜直徑5cm。

【例2】 一人自街上路燈的正下方經(jīng)由，看到自己頭部的影子正好在自己腳下。如不美觀人以不變的速度v朝前走，則他頭部的影子相對(duì)于地的行為情形是

A.勻速直線行為; B.勻加速直線行為;

C.變加速直線行為; D.曲線行為。

【思緒剖析】本題考績(jī)的主若是光的直線傳布和行為學(xué)的有關(guān)常識(shí)。該題易犯的錯(cuò)誤是僅憑主不美觀想象進(jìn)行猜測(cè)：認(rèn)為人是勻速行為的，而人行為得越遠(yuǎn)，人的影長(zhǎng)越長(zhǎng)，所以頭影的行為應(yīng)該是加速的，而勻加速很難保證，于是認(rèn)為應(yīng)是變加速直線行為，而錯(cuò)選C謎底。

正確的思緒應(yīng)是按照光的直線傳布和幾何常識(shí)，先確定肆意時(shí)刻人頭影的位置，再應(yīng)用行為學(xué)常識(shí)推導(dǎo)其位移或速度表達(dá)式即可得解。

【解題體例】光的直線傳布紀(jì)律，幾何常識(shí)和行為學(xué)常識(shí)的綜合應(yīng)用。

【解題】設(shè)燈高SO=H，人高AO=h。當(dāng)人年夜S正下標(biāo)的目的右勻速行為時(shí)，在t秒末、2t秒末、3t秒末、 nt秒末，A點(diǎn)分袂位于A1、A2、A3、An處;A點(diǎn)的影子的位置分袂位于C1、C2、C3、Cn處，如圖1-7所示。因人做勻速行為，故有

AA1=A1A2=A2A3==vt

由幾何關(guān)系可得

因?yàn)镠、h、v均為常量，

所以，影子做勻速行為，

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