光的速度是怎样测算出来的?

2025-03-07 02:19:53

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回答1：

光速是如何测量的

在17世纪以前，人们都以为光的传播不需要时间，因为无论距离多远，只要一发光就立刻可以看到它。但是科学实验的始祖伽利略认为，光的传播和声音一样，要花费时间。1607年，他曾经尝试用实验来测定光速，这在科学史上是第一次。

夜间，伽利略和他的助手面对面地站在两个相距1公里的山头A和B上，各带一只校得同样准确的钟，伽利略的手里还提着一盏遮了罩子的提灯。

实验开始的时候，伽利略打开灯罩，记下发光的时刻；助手根据他自己的钟记下看到光的时刻。从两个时刻的差，就可以得到光通过距离l和所用的时 A传到B所用的时间极短，比两只钟的误差还要小得多。

伽利略对实验做了改进，他让助手拿一块大平面镜站在B山头上，自己提着灯，带着钟站在A山头上。实验开始的时候，他打开灯罩，记下发光时刻，当看到光从平面镜反射回来的时候，再看一下钟，这样就记下了光通过2l距离所用的时间t。从理论上讲，这个实验用了同一只钟，光走过的路程也长了光速实在太快了。

伽利略虽然初试受挫，但他发明了望远镜，观察了木星和它的几颗主要卫星，还说过，利用木星的卫星时常消失可以用来做黄径的测量，这些工作使一位后来的科学家受到了启发，并用这种方法证明了光速是有限的。此人就是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。

1681年罗默被克利斯汀五世召回丹麦，担任了丹麦皇家学会天文学家，此后人们就不知道他的工作又有什么新的进展，他留下的观测资料也在1728年哥本哈根城的大火之中烧为灰烬。直到18世纪的时候，他的理论才被一位英国格林尼治天文台的天文学家、牛津大学教授布喇德雷以意料不到的方式所证实。

1928年9月某一天，布喇德雷教授与同事乘船沿泰晤士河航行。教授站在船的甲板上，望着桅杆上不时在改变方向的风标，十分奇怪，难道风向会这样不停地改变吗？一位水手向他解释说，这是船在改变航向，风向并没有变。这个回答启发了教授，他立刻想到，既然船的航行会改变人对风向的观察，那么地球上的人，他看到的光传播方向也会因为地球的运动而有所改变。于是他把这个新的发现结合到自己的研究工作中来，使一个困惑多时的难题迎刃而解了。

原来教授在观测一颗星的视差时，惊奇地发现遥远的星体都以一年为周期在天球上画出一个小椭圆。他一直无法解释这种现象，现在他明白了，这就是“光行差”现象。由遥远的恒星S传向地球的光微粒类似于垂直下落的雨滴，当我们向前奔跑时，觉得雨滴是倾斜地向我们飞来。同样的道理，地面上的望远镜被地球带着向前运动，为了使光微粒能恰好穿过镜筒被观察者看到，就必须让镜筒向前倾斜一个合适的角度α，所以看起来恒星的位置在S’方向。一年内，观察者在地球轨道的不同位置上观察这颗恒星，就可以看到它的位置S’在天球上兜了一个小圈子。

显然，当观察者通过倾斜的镜筒观察到恒星的光时，说明它的倾角的正切的运行速度就可以求出光速。利用这种方法求得的光速为3.03×108米/秒，比惠更斯算得的值又前进了一步。用天文学方法测定光速虽然取得了成功，但物理学家们并没有因此认为这个光速值已经相当精确了。因为这种方法尽管在原理上无可挑剔，但计算上还得依赖一些天文数据，而这些数据本身就谈不上有很高的精确度。所以到了19世纪，科学家们开始研讨在地面上测定光速的可能性。由于光速极大，因此测量必须用到很长的距离或者很短的时间。对地面观测来说，精确测定很短的时间间隔是问题的关键。地面上构思巧妙的光速测定实验都是围绕这个主题来设计的。在这方面作出开拓性工作的人是法国科学家菲索和傅科。说来也巧，这两位大师都在1819年出生于巴黎，年轻时又不约而同地选修了物理专业，并且还成为初期研究的合作伙伴。菲索出生于豪富的家庭，继承了大笔遗产，他本可以用这大笔钱玩乐享受，但他并没有这样做，而把自己的财产用来作为研究经费。1849年他首先在地面上成功地用“齿轮法”完成了光速测量。菲索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。

1850年，法国物理学家傅科设计了一面旋转的镜子，让它用一定的速度转动，使它在光线发出并且从一面静止的镜子反射回来的这段时间里，刚好旋转一圈。这样，能够准确地测得光线来回所用的时间，就可以算出光的速度。经过多次实验，傅科测得的光速平均值等于 2.98×108米/秒。值得一提的是，傅科还在整个装置充入了水，测定了光在水中的速度。他发现光在水中的速度与空气中的速度之比近似等于3/4，正如等于水和空气的折射率之比，水中的光速慢于真空中的光速，与微粒理论的预言相悖。然而具有戏剧性的事实是，此时大多数物理学家早已接受了光的波动说，所以这个实验结果对微粒理论来说只是一个迟到的唁电。

此后不久，还有法国的科尼尔、美国的纽科姆、迈克尔逊都做过出色的测定光速实验，近年来最精确测量表明，光在真空里的速率为每秒299 792 456.2米，估计误差值为每秒 1米或 0.000001％。

光速确实大得惊人，它一秒钟可以绕地球7周半。不过，相对于广袤无垠的宇宙来说，它又显得很慢了。地球和太阳之间的距离是1.5亿公里，太阳发出的光要经过8分20秒才能够照到地球上。从其他恒星发出的光照到地球上所需要的时间就更长了。所以在天文学上常用光年做计量长度的单位，量度星际间的距离。1光年就是光在一年里走过的距离，大约等于 9.46×1015米。织女星距离地球大约 2.6×1017米，所以你看到织女星所发出的光，实际上大约是28年半以前发出的。假如你乘上用光速飞行的飞船，去到用现代射电望远镜所能观察到的空间范围的边缘，将花费100亿年的时间。

回答2：

楼上的大哥真强！高中的知识还记得。另一种算术方法：要是知道光的波长和振荡频率的话，那光的速度=波长*频率。那波长和频率怎么测量？这是物理学家们的事，我不管~~~~~~~~~~~~~~~~

回答3：

在地球上发射一道激光向月球然后测试该激光返回来所用的时间根据月地之间的距离和时间可以测出来速度

现在的方法已经改进了用量子物理的方法我也不明白感觉还是土办法容易懂！！^_^

回答4：

zljl 回答的对。但你那是照教材拷来的。还是经典的方法。现代，早就不用这种方法了。看看2004年新版的高教出版社的高等物理学吧。

请问各位下面这道题目怎么做；谢谢！

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