光速及光速的測定中考物理輔導
發現光以有限速度傳播，是17世紀的一個偉大成就。伽利略首先認識到這個問題，並試圖測量光的傳播速度，但沒有成功。丹麥天文學家羅默則用天文觀測的結果證明了光是以有限速度傳播的。他曾長期觀察過木星的衛星(木衛一)食的現象，發現在一年中各個不同的時期裡觀察到的衛星食的週期並不相同。當木星的視大小變小(即地球距木星的距離增大)時，觀測到的衛星食的週期大於平均值；當木星的視大小變大時，觀測到的衛星食週期小於平均值。考慮到木衛的實際運動，極少可能有這種不均勻性，觀察到的現象只能證明光速有限的假設。因為，當地球與木星的距離逐漸增大(減小)時，來自木星的任一光訊號到達地球時要比前一訊號多(少)走一段距離。1676年，羅默從他的觀測結果中推出，光穿過地球軌道直徑需要22分鐘。也就是說，從地球位於距木星最近T點觀測到的木衛食的時刻推算出的半年後地球位於距木星最遠的T′點應該發生的衛星食的時刻，要比實際觀測到的結果早22分鐘(參看圖1-3，根據現代觀測，這個值為994±2秒)。
由於當時尚不知道地球軌道大小的準確數值，而且羅默的觀測也不夠精確，所以沒有可能求出光速的精確值來。後人用相同的方法進行測量，根據地球軌道半徑為1.497×108千米，得到的光速為C=(3.010±0.06)×105千米/秒。
1849年法國學者斐索第一個在地面上測出了光速。他用的裝置如圖1-4所示。
光從光源S發出，經玻璃片K表面反射後，透過靜止齒輪A的齒間空隙，經過相當長的距離(約幾千米)後，從平面鏡Z反射回來，再經齒輪A的齒間空隙，透過玻璃片到達觀察者的眼中。現在使齒輪開始轉動，並且逐漸加快轉速，就會出現從齒隙0穿過的光線，反射回來時又被齒b擋住……。從而使觀察者始終看不到Z反射回來的光。當然轉速再加快，由齒隙0過去的光反射回來時剛好由齒隙1透過進入人眼，而由齒隙1穿過的光反射回來時又剛好從齒隙2透過進入人眼，人又可以見到Z的反射光了。知道了A的齒數、齒輪的轉速以及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，第一次見不到Z的反射光的齒輪轉速為12.6轉/秒。齒a轉到隙0，即轉過半個齒間距離
×720×12.6千米/秒=3.12×105千米/秒。當時斐索測得的光速為3.16×105千米/秒。
1851年傅科又設計了另外一種方法旋轉鏡法測定了光速。1927年邁克耳遜又改進了前人的裝置。採取旋轉八面鏡的方法，很大地提高了測量的準確度。
【例1】 ?如圖1-5所示，A是直徑為10cm的發光球，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C離B為多遠時，B在屏上的本影消失只有半影？這時半影球的半徑是多少？本影可取得的最大直徑是多少？
【思路分析】?由光的直線傳播規律畫出遮光板B的本影區和半影區，本影區的長度可由幾何知識求出，半影環的半徑也可由相似三角形知識求出。
【解題方法】光的直線傳播和幾何知識。
【解題】由題意作出示意圖如圖1-6
有半影
由ΔAPO～ΔBQO，
當光屏從O點向右平移時，屏上本影消失而只存在半影。當光屏從O點向左平移時，屏上本影區增大，當屏靠至B時，本影可取得最大直徑5cm。
【例2】 ?一人自街上路燈的正下方經過，看到自己頭部的影子正好在自己腳下。如果人以不變的速度v朝前走，則他頭部的影子相對於地的運動情況是
A．勻速直線運動； ?B．勻加速直線運動；
C．變加速直線運動； ?D．曲線運動。
【思路分析】本題考查的主要是光的直線傳播和運動學的有關知識。該題易犯的錯誤是僅憑主觀想象進行猜測：認為人是勻速運動的，而人運動得越遠，人的影長越長，所以頭影的運動應該是加速的，而勻加速很難保證，於是認為應是變加速直線運動，而錯選C答案。
正確的思路應是根據光的直線傳播和幾何知識，先確定任意時刻人頭影的位置，再應用運動學知識推導其位移或速度表示式即可得解。
【解題方法】光的直線傳播規律，幾何知識和運動學知識的綜合應用。
【解題】設燈高SO=H，人高AO=h。當人從S正下方向右勻速運動時，在t秒末、2t秒末、3t秒末、……?nt秒末，A點分別位於A1、A2、A3、……An處；A點的影子的位置分別位於C1、C2、C3、……Cn處，如圖1-7所示。因人做勻速運動，故有
AA1=A1A2=A2A3=……=vt
由幾何關係可得
因為H、h、v均為常量，
所以，影子做勻速運動，
【光速及光速的測定中考物理輔導】相關文章：