7.1光速的测定 光的相速度和群速度.ppt

世界上最早用实验方法测定光速的是伽利略。他在1607年做了一个实验。当时,他叫甲乙两个人在夜间各带一只灯,分立在两个山顶上,甲先迅速取去灯罩对乙发出信号,乙在看到信号后,立即取去灯罩,对甲发出信号。两山的距离和光往返的时间来计算光速。由于当时的技术条件限制,测得的光速很不精确。(GalileoGalilei,1564-1642),意大利物理学家、天文学家和哲学家,近代实验科学的先驱者。,法国物理学家斐索于1849年用一只旋转的齿轮测量光走过某一给定距离的时间,齿轮以一定的速度运动并让光通过齿间。斐索测得的光速为313000公里/秒。斐索先后研究了光的干涉、热膨胀等,发明了干涉仪。他在研究和测量光速问题上作出了贡献,是第一个不用天文常数、不借助天文观察来测量光速的人。他是采用旋转齿轮的方法来测定光速的。,这个数值与当时天文学家公认的光速值相差甚小。斐索(1819-1896),法国科学家傅科用一只旋转的镜子测定光速。他让镜子以一定的速度转动,使它在光线发出并从一面静止镜子反射回来这段时间内,恰好旋转一周。傅科在物理学史上以其“傅科摆”的实验著名于世。在光速测定的研究中,他是采用旋转平面镜的方法来测量光速的。×107米/秒,并分析实验误差不可能超过5×105米/秒。傅科(JeanBernardLeonFoucault1819~1868),英国物理学家惠斯通利用旋转镜来测定电火花持续的时间,也想用此法来测定光速,同时也想确认一下在拆折射率更大的介质中,光速是否更大。惠斯通的思想方法是正确的,但是他没有完成。迈克耳逊继承了傅科的实验思想,用旋转八面棱镜法测得光速为299796千米/秒。惠斯通(CharlesWheatstone1802~1875)英国物理学家、发明家迈克耳孙,阿尔伯特·亚伯拉罕(—1931),,人们不断地改进实验装置和技术,直到1932年用旋转棱镜测得光速为299774±2公里/秒。20世纪60年代,激光器的出现,使光速的测定越发精确,1972年测定的光速值为299792公里/秒。目前国际计量委员会承认的光速是299792458米±。 从伽利略开始,中间经过斐索和傅科等人,一直到20世纪80年代,用来测定光速的实验都是一种定量实验。,也是整个物理学以及天文学中几个最基本的普适常数之一,对其数值的精确测定,无疑具有十分重大意义的。另一个天文学方法是1728年布喇德雷用的光行差法。在地面上进行光束测定的工作直到十九世纪上半叶才开始,特别值得提起的有斐索的齿轮法,傅科的旋转镜法和迈克耳孙的旋转棱镜法。鉴于光速这一基本常数的重要性,对它的测量工作几十年来从未中断,在此期间方法不断改进,精确度不断提高。2光速的测量与长度单位“米”=±,所有的光速精密测量均以公式c=λν为基础,即电磁波在真空中的传播速度等于其频率与相应真空波长之乘积。当时的不确定度是3×10的7次方,其主要原因是使用的波长较长(4mm),因此波长测量的准确度较低,衍射效应带来的误差也较大。。特别是饱和吸收技术的采用,使我们可以得到频率的稳定性和复现性均十分优良的激光辐射,并且由于波长可以比原来微波干涉仪法中用的小三个量级(微米量级)