中考物理輔導(dǎo)－－光速及光速的測(cè)定

1、中考物理輔導(dǎo)光速及光速的測(cè)定發(fā)現(xiàn)光以有限速度傳播，是17世紀(jì)的一個(gè)偉大成就。伽利略首先認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，并試圖測(cè)量光的傳播速度，但沒(méi)有成功。丹麥天文學(xué)家羅默那么用天文觀測(cè)的結(jié)果證明了光是以有限速度傳播的。他曾長(zhǎng)期觀察過(guò)木星的衛(wèi)星木衛(wèi)一食的現(xiàn)象，發(fā)如今一年中各個(gè)不同的時(shí)期里觀察到的衛(wèi)星食的周期并不一樣。當(dāng)木星的視大小變小即地球距木星的間隔 增大時(shí)，觀測(cè)到的衛(wèi)星食的周期大于平均值；當(dāng)木星的視大小變大時(shí)，觀測(cè)到的衛(wèi)星食周期小于平均值?？紤]到木衛(wèi)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，極少可能有這種不均勻性，觀察到的現(xiàn)象只能證明光速有限的假設(shè)。因?yàn)椋?dāng)?shù)厍蚺c木星的間隔 逐漸增大減小時(shí)，來(lái)自木星的任一光信號(hào)到達(dá)地球時(shí)要比前一信號(hào)多少

2、走一段間隔 。1676年，羅默從他的觀測(cè)結(jié)果中推出，光穿過(guò)地球軌道直徑需要22分鐘。也就是說(shuō)，從地球位于距木星最近T點(diǎn)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，要比實(shí)際觀測(cè)到的結(jié)果早22分鐘參看圖1-3，根據(jù)現(xiàn)代觀測(cè)，這個(gè)值為9942秒。由于當(dāng)時(shí)尚不知道地球軌道大小的準(zhǔn)確數(shù)值，而且羅默的觀測(cè)也不夠準(zhǔn)確，所以沒(méi)有可能求出光速的準(zhǔn)確值來(lái)。后人用一樣的方法進(jìn)展測(cè)量，根據(jù)地球軌道半徑為1.497108千米，得到的光速為C=3.0100.06105千米/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。他用的裝置如圖1-4所示。光從光源S發(fā)出，經(jīng)玻璃片K外表反射

3、后，通過(guò)靜止齒輪A的齒間空隙，經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的間隔 約幾千米后，從平面鏡Z反射回來(lái)，再經(jīng)齒輪A的齒間空隙，透過(guò)玻璃片到達(dá)觀察者的眼中。如今使齒輪開(kāi)場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且逐漸加快轉(zhuǎn)速，就會(huì)出現(xiàn)從齒隙0穿過(guò)的光線，反射回來(lái)時(shí)又被齒b擋住。從而使觀察者始終看不到Z反射回來(lái)的光。當(dāng)然轉(zhuǎn)速再加快，由齒隙0過(guò)去的光反射回來(lái)時(shí)剛好由齒隙1通過(guò)進(jìn)入人眼，而由齒隙1穿過(guò)的光反射回來(lái)時(shí)又剛好從齒隙2通過(guò)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間的間隔 ，就可算出光速了。例如：AZ間間隔 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)齒間間隔

4、72012.6千米/秒=3.12105千米/秒。當(dāng)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)了另外一種方法旋轉(zhuǎn)鏡法測(cè)定了光速。1927年邁克耳遜又改進(jìn)了前人的裝置。采取旋轉(zhuǎn)八面鏡的方法，很大地進(jìn)步了測(cè)量的準(zhǔn)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在屏上的本影消失只有半影？這時(shí)半影球的半徑是多少？本影可獲得的最大直徑是多少？【思路分析】?由光的直線傳播規(guī)律畫出遮光板B的本影區(qū)和半影區(qū)，本影區(qū)的長(zhǎng)度可由幾何知識(shí)求出，半影環(huán)的半徑也可由相似三角形知識(shí)求出?！窘忸}方法】

5、光的直線傳播和幾何知識(shí)?！窘忸}】由題意作出示意圖如圖1-6有半影由APOBQO，當(dāng)光屏從O點(diǎn)向右平移時(shí)，屏上本影消失而只存在半影。當(dāng)光屏從O點(diǎn)向左平移時(shí)，屏上本影區(qū)增大，當(dāng)屏靠至B時(shí)，本影可獲得最大直徑5cm?！纠?】 ?一人自街上路燈的正下方經(jīng)過(guò)，看到自己頭部的影子正好在自己腳下。假如人以不變的速度v朝前走，那么他頭部的影子相對(duì)于地的運(yùn)動(dòng)情況是A勻速直線運(yùn)動(dòng)； ?B勻加速直線運(yùn)動(dòng)；C變加速直線運(yùn)動(dòng)； ?D曲線運(yùn)動(dòng)?！舅悸贩治觥看祟}考察的主要是光的直線傳播和運(yùn)動(dòng)學(xué)的有關(guān)知識(shí)。該題易犯的錯(cuò)誤是僅憑主觀想象進(jìn)展猜測(cè)：認(rèn)為人是勻速運(yùn)動(dòng)的，而人運(yùn)動(dòng)得越遠(yuǎn)，人的影長(zhǎng)越長(zhǎng)，所以頭影的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是加速的，而勻加速很難保證，于是認(rèn)為應(yīng)是變加速直線運(yùn)動(dòng)，而錯(cuò)選C答案。正確的思路應(yīng)是根據(jù)光的直線傳播和幾何知識(shí)，先確定任意時(shí)刻人頭影的位置，再應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)推導(dǎo)其位移或速度表達(dá)式即可得解。【解題方法】光的直線傳播規(guī)律，幾何知識(shí)和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用?！窘忸}】設(shè)燈高SO=H，人高AO=h。當(dāng)人從S正下方向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，在t秒末、2t秒末、3t秒末、?nt秒末，A點(diǎn)分別位于A1、A2、A3、An處；A點(diǎn)的影子