自組實驗裝置測光速

⑴ 如何測光速

一． 惠更斯的測定的光速
丹麥青年科學家羅默。羅默生於奧爾胡斯，在哥本哈根受過教育，後來移居巴黎。在羅默來巴黎的30年前，義大利天文學家卡西尼應路易十四聘請也來到巴黎，他對木星系進行了長期系統的觀察和研究。他告訴人們，木星和地球一樣也是圍繞著太陽運行的行星，但它繞太陽運行的周期是12年。在它的周圍有12顆衛星，其中有4顆衛星特別亮，地球上的人藉助於望遠鏡就可以看清楚它們的位置。由於這些衛星繞木星運行，隔一段時間就會被木星遮食一次，其中最近木星的那顆衛星二次被木星遮食的平均時間間隔為42小時28分16秒。羅默在仔細觀察和測量之後發現，這個時間間隔在一年之內的各個時間里並不是完全相同的，並且當木星的視角變小時，這個時間間隔要大於平均值。

1676年9月，羅默向巴黎科學院宣布，原來預計11月9日上午5點25分45秒發生的木衛食將推遲10分鍾。巴黎天文台的天文學家們雖然懷疑羅默的神秘預言，但還是作了觀測並證實了木衛食的推遲。11月22日羅默在解釋這個現象時說，這是因為光穿越地球的軌道需要時間，最長時間可達22分鍾。後來惠更斯利用羅默的數據和地球軌道直徑的數據，第一次計算出光速為 2×108米/秒。雖然這個結果很不精確，但為光速的測定邁出了一大步。
二.法國科學家菲索的旋轉齒輪法
菲索為法國科學家，他讓光源發出的光從轉動齒輪的間隙中通過，再通過透鏡變成平行光束，這光束聚焦於安裝在一定距離的平面鏡上，被平面鏡反射後再沿著相反的方向返回齒輪，進入觀察者的眼睛。

當齒輪以某一速度轉動時，觀察者將看不到返回的光，這是因為光線從齒輪到達平面鏡再回到齒輪時，恰好為下一個移來的齒所遮蔽，倘若使輪的轉速增加1倍，光點又重新被看到了，因為返回的光恰好穿過下一個齒縫。設輪的 如果光速為C，齒輪與平面鏡間的距離為l，那麼， 進行的。齒輪的齒數是720個，計算光速為313，300公里/秒， 可以看出結果與今天的精確值比較接近。
三. 邁克爾遜旋轉鏡和干涉儀測法如圖7所示是邁克爾遜用轉動八面鏡法測光速的實驗示意圖，圖中S為發光點，T是望遠鏡，平面鏡O與凹面鏡B構成了反射系統。八面鏡距反射系統的距離為AB＝L（L可長達幾十千米），且遠大於OB以及S和T到八面鏡的距離。現使八面鏡轉動起來，並緩慢增大其轉速，當轉動頻率達到f0並可認為是勻速轉動時，恰能在望遠鏡中第一次看見發光點S，由此邁克爾遜測出光速C。

具體的演算法為，此時八面鏡轉過角度為

即可得出C=16
以上為邁克爾遜的測定光速的原理及計算方法。
四.巧用微波爐測光速
光速的測量並不一定要用科學的儀器，其實在生活中我們可以利用身邊的東西進行測量，我們知道電磁波的傳播速度等於光速，因此我們可以運用微波爐發出的微波進行光速的測量。具體做法如下：
把旋轉托盤從你的微波爐中拿出來，再把一塊巧克力放在托盤上。用最大的功率加熱，直到巧克力上有兩到三處出現融化——這僅僅只需20秒鍾的時間。然後，從微波爐中拿出巧克力，測量兩個融化處之間的距離，再將此距離乘以2，在乘以2,450,000,000(即2450兆赫茲，如果你的微波爐是標准廠家生產的，那麼多半就是這個頻率)。接下來，你會驚奇地發現，算出的結果非常接近299,792,458——若加上米/秒的單位，即是光速。
我們知道，微波爐每秒產生24億5千萬次的超高頻率，快速震盪爐中事物所含有的蛋白質、脂肪、水等成分的分子，使分子之間互相碰撞、擠壓、摩擦，重新排列組合。簡而言之，它是靠事物內部的摩擦生熱原理來烹調的。由於巧克力棒靜止不動地停留在微波爐里，微波持續地震盪相同的部位——即迅速變熱並融化的地方。而相鄰兩個融化點之間的距離即是波長的一半，因為微波穿過巧克力塊時是上下波動的。將兩個融化點之間的距離乘以2，即為一個完整的波長。而微波和光波一樣，它們都是以光速行駛的電磁波。在你的爐子里，它們的頻率為2450兆赫茲，這就意味著它們每秒鍾上下跳躍的次數為24.5億次。我們已經計算出它們的波長——經歷完整的一輪上升和下降的波動說走過的距離。因此我們可以計算出這樣的微波經歷24.5億次上升和下降說走過的長度，也就是說，它們在一秒鍾內所走過的長度。這樣，我們的數據就足夠了：如果你發現巧克力的融化點之間的距離是6厘米，那麼用0.06*2*2.45*1,000,000,000講會得到294,000,000——這個結果與物理學家們用了半個世紀測出的結果及其相似。
小結：以上為測量光速的幾種方法，得出的結果的精確度不同，但總的來說都是人類智慧的結晶以及人類對科學進行探究的見證

第一個嘗試測量光速的，也是伽利略。他和他的助手在夜間相隔數公里遠面對面地站著，每人拿一盞燈，燈有開關（注意當時還沒有電的知識，更沒有電燈。）當伽利略在某個時刻打開燈，一束光向助手方向射去，助手看到燈後馬上打開自己的燈。伽利略試圖測出從他開燈到他看到助手開燈之間的時差，從而算出光速。但這個實驗失敗了，因為光傳播速度太快，現在知道，要想通過這種方法測出光速，必須能測出10－5秒的時差，這在當時是完全不可能的。

第一個比較正確的光速值，是用天體測量得到的。1675年，丹麥天文學家羅麥注意到，木衛消失在木星陰影里的時間間隔逐次不同，它隨著各次衛星掩蝕時，木星和地球之間距離的不同而變長或變短。他認識到這是由於在長短不同的路程上，光線傳播需要不同時間。根據這種想法，羅麥推算出c=2×108米／秒。

直到1849年，地面實驗中才有較好的光速測量。當時，法國物理學家斐索利用高速齒輪進行這項工作。1862年，傅科成功地發展了另一種測定光速的方法，他用一個高速轉鏡來測量微小的時間間隔。下圖是經過改進後的實驗裝置示意圖。轉鏡是一個正八面的鋼質棱鏡，從光源S發出的光射到轉鏡面R上，經R反射後又射到35公里以外的一塊反射鏡C上，光線再經反射後回到轉鏡。所用時間是t=2D/c。在t時間中轉鏡轉過一個角度。實驗時，逐漸加快轉鏡轉速，當轉速達到528轉／秒時，在t時間里正好轉過1／8圈。返回的光恰恰在棱鏡的下一個面上，通過半透鏡M可以從望遠鏡里看到返回光線所成的像。用這種方法得到c =299,796±4公里／秒。

近代測量光速的方法，是先准確地測量一束光的頻率v和波長λ，然後再用c＝vλ來計算。1973年以來，採用以下的光速值

c =299,792,458±1.2米／秒。

順便指出一點:各種測量光速的方法,得到的結果都很一致,這也成為光速不變性的一個有力佐證。

⑵ 聲速與光速是怎樣測量

光速測量： 早光速准確數值通觀測木星其衛星掩食測量.轉齒輪、轉鏡、克爾盒、變頻閃光等光速測量.
1．羅默衛星蝕
光速測量,首先文獲功,宇宙廣闊空間提供測量光速所需要足夠距離．早1676丹麥文家羅默（1644— 1710）首先測量光速．由於任何周期性變化程都作鍾,功找離觀察者非遙遠相准確鍾,羅默觀察所用木星每隔定周期所現衛星蝕．觀察注意：連續兩衛星蝕相隔間,球背離木星運,要比球迎向木星運要些,用光傳播速度限解釋現象．光木星發（實際木星衛星發）,球離木星運,光必須追球,面觀察木星兩衛星蝕相隔間,要比實際相隔間些；球迎向木星運,間短些．衛星繞木星周期（約1.75）,所述間差數,合適間（圖球運行軌道AA』兩點）致超15秒（球公轉軌道速度約30千米/秒）．,取靠結,觀察曾整連續進行．羅默通觀察衛星蝕間變化球軌道直徑求光速．由於知道球軌道半徑近似值,故求光速214300km/s．光速值盡管離光速准確值相差甚遠,卻測定光速歷史第記錄．用照相測量木星衛星蝕間,並球軌道半徑測量准確度提高,用羅默求光速299840±60km/s．
2．布萊德雷光行差
1728,英文家布萊德雷（1693—1762）採用恆星光行差,再光速限物理量．布萊德雷球觀察恆星,發現恆星視位置斷變化,內,所恆星似乎都頂繞著半軸相等橢圓運行周．認種現象產由於恆星發光傳面需要定間,間內,球已公轉發位置變化．由測光速：
C=299930千米/秒
數值與實際值比較接近．
僅利用文現象觀察數值光速測定,實驗室內限於條件,測定光速尚能實現．
二、光速測定測量
光速測定包含著光所通距離所需間量度,由於光速,所必須測量距離短間,測量圍繞著何准確測定距離間設計各種．
1．伽利略測定光速
物理發展史,早提測量光速意利物理家伽利略．1607實驗,讓相距甚遠兩觀察者,各執盞能遮閉燈,圖所示：觀察者A打燈光,經定間,光達觀察者B,B立即打自燈光,某間,信號A,於A記自燈瞬間,信號B返A瞬間所經間間隔t．若兩觀察者距離S,則光速度
c=2s/t
光速,加觀察者要定反應間,所伽利略嘗試沒功．用反射鏡代替B,情況所改善,避免觀察者所引入誤差．種測量原理遠保留切測定光速實驗．甚至現代測定光速實驗仍採用．信號接收間測量,要採用靠．使用些甚至能太距離測定光速,並達足夠高精確度．
2．旋轉齒輪
用實驗測定光速首先1849由斐索實驗．用定期遮斷光線（旋轉齒輪）進行自記錄．實驗示意圖．光源s發光經聚透鏡L1射半鍍銀鏡面A,由反射齒輪W齒aa』間空隙內聚,再經透鏡L2L3達反射鏡M,再反射．通半鍍鏡A由 L4集聚射入觀察者眼睛E．使齒輪轉,光達M鏡再反射所經間△t內,齒輪轉角度．a與a』間空隙齒 a（或a』）所佔據,則反射光遮斷,觀察者看光．齒輪轉角度,使由M鏡反射光另齒間空隙通,觀察者重新看光,齒輪轉更快,反射光另齒遮斷,光消失．,齒輪轉速由零逐漸加快,E處看閃光．由齒輪轉速v、齒數n與齒輪M間距L推光速c=4nvL．
斐索所做實驗,具720齒齒輪,秒鍾內轉12.67,光首擋住消失,空隙與輪齒交替所需間
間內,光所經光程2×8633米,所光速c=2×8633×18244=3.15×108（m/s）．
信號發返接收刻能作自記錄遮斷除旋轉齒輪外,現代採用克爾盒．1941安德孫用克爾盒測：c=299776±6km/s,1951貝格斯格蘭用克爾盒測c=299793.1±0.3km/s．
3．旋轉鏡
旋轉鏡主要特點能信號傳播間作精確測量．1851傅科功運用測定光速．旋轉鏡原理早18341838已惠更斯阿拉提,主要用高速均勻轉鏡面代替齒輪裝置．由於光源較強,且聚焦較．能極其精密測量短間間隔．實驗裝置圖所示．光源s所發光通半鍍銀鏡面M1,經透鏡L射繞O軸旋轉平面反射鏡M2O軸與圖面垂直．光M2反射聚凹面反射鏡M3, M3曲率恰O軸,所光線由M3稱反射,並s′點產光源像．M2轉速足夠快,像S′位置改變s〃,相於視M2轉位置移△s距離推導光速值：
式wM2轉角速度．l0M2M3間距,l透鏡L光源S間距,△ss像移距離．直接測量w、l、l0、△s,便求光速．
傅科實驗：L=4米,L0=20米,△s=0.0007米,W=800×2π弧度/秒,求光速值c=298000±500km/s．
另外,傅科利用實驗基本原理,首測光介質（水）速度v＜c,波說力證據．
3．旋轉棱鏡
邁克耳遜齒輪旋轉鏡結合起,創造旋轉棱鏡裝置．齒輪所夠准確,由於僅齒央光遮斷變暗,且齒邊緣遮斷光．能精確測定象消失瞬．旋轉鏡夠精確,該象位移△s太,0.7毫米,易測准．邁克耳遜旋轉鏡克服些缺點．用八面鋼質棱鏡代替旋轉鏡旋轉平面鏡,光路增,並利用精確測定棱鏡轉速度代替測齒輪齒輪轉速測光走完整路程所需間,減少測量誤差．1879至1926,邁克耳遜曾前事光速測量工作近五十,面付極勞． 1926光速測定值
c=299796km/s
精確測定值,快光速公認值．
三、光速測定實驗室
光速測定文測量,都採用測定光信號傳播距離傳播間確定光速．要求要盡能增加光程,改進間測量准確性．實驗室般受空限制,能野外進行,斐索旋輪齒輪巴黎蘇冷與達蒙瑪特勒相距8633米兩進行．傅科旋轉鏡野外,邁克耳遜相距35373．21米兩山峰完．現代科技術發展,使使用更更精確實驗儀器實驗室進行光速測量．
1．微波諧振腔
1950埃森先採用測定微波波頻率確定光速．實驗,微波輸入圓柱形諧振腔,微波波諧振腔幾何尺寸匹配,諧振腔圓周πD波比關系：πD=2.404825λ,通諧振腔直徑測定確定波,直徑則用干涉測量；頻率用逐級差頻測定．測量精度達10-7．埃森實驗,所用微波波10厘米,所光速結299792.5±1km/s．
2．激光測速
1790美家標准局美立物理實驗室先運用激光測定光速．原理同測定激光波頻率確定光速（c=νλ）．由於激光頻率波測量精確度已提高,所用激光測速測量精度達10-9,比前已精密實驗提高精度約100倍．
四、光速測量覽表
除介紹幾種測量光速外,許十精確測定光速．現同測定光速值列光速測量覽表供參考．
根據1975第十五屆際計量決議,現代真空光速靠值：
c=299792.458±0.001km/s
聲速測量儀必須配示波器信號發器才能完測量聲速任務.實驗產超聲波裝置圖所示.由壓電陶瓷管或稱超聲壓電換能器與變幅桿組；交變電壓加壓電陶瓷管,由於壓電體逆壓電效應,使其產機械振.壓電陶瓷管粘接鋁合金制變幅桿,經電線路放,即超聲波發器,由於壓電陶瓷管周期性振,帶變幅桿做周期軸向振.所加交變電壓頻率與壓電陶瓷固頻率相同,壓電陶瓷振幅,使變幅桿振幅.變幅桿端面空氣激發縱波,即超聲波.本儀器壓電陶瓷振盪頻率40kHz,相應超聲波波約幾毫米,由於波短,定向發射性能,本超聲波發射器比較理想波源.由於變幅桿端面直徑般20mm左右,比波,近似認離發射器定距離處聲波平面波.超聲波接受器則利用壓電體壓電效應,接收機械振,轉化電振,使電振增強.特加選頻放器加放,再經屏蔽線輸給示波器觀測.接收器安裝移機構,機構包擴支架、絲桿、移底座（其裝指針,並通定位螺母套絲桿,絲桿帶作平移）、帶刻度手輪等.接收器位置由主、尺刻度手輪位置決定.主尺位於底座面；尺位於底坐面；尺1mm,手輪與絲桿相連100格,每轉周,接收器平移1mm,故手每格0.01mm,估0.001mm.

⑶ 光速是怎麼測定出來的，光速會受到環境的影響嗎

著名科學家伽利略提出一項他曾經做過的實驗。伽利略一行四人，分成兩組，分別登上兩座相隔甚遠的山峰，每組各自攜帶一個光源——煤油燈。他對煤油燈做了一個簡單的改進，就是在煤油燈的一面加了一個滑蓋，這樣關閉滑蓋，燈光就被擋住，如果把滑蓋拉起，燈光就會照射出來。通過快速地拉動滑蓋，就能讓煤油燈一亮一滅，製造出看上去在閃爍的效果。在伽利略的實驗中，除了兩盞煤油燈外，還需要兩只一模一樣的鍾擺計時裝置，以及記錄數據的紙筆。他打算利用兩邊記錄燈光開啟關閉時間的方法來測算光的速度。

艾薩克·牛頓（IsaacNewton）在其1704年出版的《光學》一書中描述了羅默對光速的計算，並給出了光從太陽到地球傳播所需的時間為「七到八分鍾」。羅默和惠更斯的結果和實際相差非常巨大。阿曼德·斐索發明了旋轉齒輪法，並得出了315000km/s的光速數值。萊昂·傅科進一步完善了斐索的方法，在1862年所得出的數值為298000km/s。這一數據已經非常接近准確值了。

⑷ 光速是怎樣測出來的

1、天文學方法1676年，丹麥天文學家O.C.羅默利用木星衛星的星蝕時間變化證實光是以有限速度傳播的。

2、布萊德雷的光行差法

1728年，英國天文學家布萊德雷（1693—1762）採用恆星的光行差法，再一次得出光速是一有限的物理量，布萊德雷在地球上觀察恆星時，發現恆星的視位置在不斷地變化，在一年之內，所有恆星似乎都在天頂上繞著半長軸相等的橢圓運行了一周。

他認為這種現象的產生是由於恆星發出的光傳到地面時需要一定的時間，而在此時間內，地球已因公轉而發生了位置的變化，他由此測得光速為：C=299930千米/秒。

3、地面測量方法

光速的測定包含著對光所通過的距離和所需時間的量度，由於光速很大，所以必須測量一個很長的距離和一個很短的時間，大地測量法就是圍繞著如何准確測定距離和時間而設計的各種方法。

4、旋轉齒輪法

用實驗方法測定光速首先是在1849年由斐索實驗，他用定期遮斷光線的方法（旋轉齒輪法）進行自動記錄。

5、旋轉鏡法

旋轉鏡法的主要特點是能對信號的傳播時間作精確測量，1851年傅科成功地運用此法測定了光速，旋轉鏡法的原理早在1834年1838年就已為惠更斯和阿拉果提出過。

它主要用一個高速均勻轉動的鏡面來代替齒輪裝置，由於光源較強，而且聚焦得較好，因此能極其精密地測量很短的時間間隔。

⑸ 如何測量光速

旋轉鏡法的主要特點是能對信號的傳播時間作精確測量．1851年傅科成功地運用此法測定了光速．旋轉鏡法的原理早在1834年1838年就已為惠更斯和阿拉果提出過，它主要用一個高速均勻轉動的鏡面來代替齒輪裝置．由於光源較強，而且聚焦得較好．因此能極其精密地測量很短的時間間隔．實驗裝置如圖所示．從光源s所發出的光通過半鍍銀的鏡面M1後，經過透鏡L射在繞O軸旋轉的平面反射鏡M2上O軸與圖面垂直．光從M2反射而會聚到凹面反射鏡M3上，
M3的曲率中心恰在O軸上，所以光線由M3對稱地反射，並在s′點產生光源的像．當M2的轉速足夠快時，像S′的位置將改變到s〃，相對於可視M2為不轉時的位置移動了△s的距離可以推導出光速值：
式中w為M2轉動的角速度．l0為M2到M3的間距，l為透鏡L到光源S的間距，△s為s的像移動的距離．因此直接測量w、l、l0、△s，便可求得光速．
在傅科的實驗中：L=4米，L0=20米，△s=0.0007米，W=800×2π弧度/秒，他求得光速值c=298000±500km/s．
另外，傅科還利用這個實驗的基本原理，首次測出了光在介質（水）中的速度v＜c，這是對波動說的有力證據．

⑹ 光速是怎樣測出來的

17世紀初，伽利略用測量聲速的方法來測量光速，他讓兩個人各提一盞有遮光板的燈，並分別站在相距約1．6千米的地方，令第一個人先打開他的燈，同時開始計時；第二個人見到第一個人的燈亮時，立刻打開自己的燈；當第一個人看見第二個人的燈亮時，停止計時，這樣測出光從第一個人到第二個人再返回所用的時間，再測出兩地的距離，就可以計算出光的速度。從原理上講，伽利略的方法是對的，但是實驗失敗了。這是因為光速很大，1／7秒能繞地球一周多，靠當時的條件在地球上用通常測聲速的方法測光速是難以實現的。於是，人們把測光速的場地移到太空。在伽利略去世後約30年，丹麥王文學家羅默在觀察木星的衛星食中，於1676年指出光速是有限的。

1834年，英國物理學家惠斯通利用旋轉鏡來測定電火花持續的時間，也想用此法來測定光速，同時也想確認一下在拆折射率更大的介質中，光速是否更大。惠斯通的思想方法是正確的，但是他沒有完成。

斐索先後研究了光的干涉、熱膨脹等，發明了干涉儀。他在研究和測量光速問題上作出了貢獻，是第一個不用天文常數、不藉助天文觀察來測量光速的人。他是採用旋轉齒輪的方法來測定光速的。測出的光速為 342539.21千米/秒，這個數值與當時天文學家公認的光速值相差甚小。

傅科在物理學史上以其「傅科擺」的實驗著名於世。在光速測定的研究中，他是採用旋轉平面鏡的方法來測量光速的。其測得的光速為29.8×107米/秒，並分析實驗誤差不可能超過5×105米/秒。

1850年5月6日傅科向科學院報告了自己的實驗結果，並發現光速在水中比在空氣中小，證明了波動說的觀點是正確的。

邁克耳遜（美國人，A.A.Michelson,1852-1931）繼承了傅科的實驗思想，用旋轉八面棱鏡法測得光速為299796千米/秒。

⑺ 光速測定方法

光速 光速定義值:c=299792458m/s
光速計算值:c=(299792.50±0.10)km/s
英文：speed of light/ velocity of light
定義：光波或電磁波在真空或介質中的傳播速度，沒有任何物體或信息運動的速度可以超過光速。
理論：
人無論靠什麼推進器，速度都是無法達到光速的，更不要說超光速了。因為，有質量的物體的運動速度是不可能達到光速的。原理如下：
首先，我們來了解一下質能等價理論。質能等價理論是愛因斯坦狹義相對論的最重要的推論，即著名的方程式E=mC²，式(質能方程)中為E能量，單位電子伏特（eV），m為質量，單位MeV/c² ，C為光速；也就是說，一切物質都潛藏著質量乘於光速平方的能量。
一個靜止的物體，其全部的能量都包含在靜止的質量中。一旦運動，就要產生動能。由於質量和能量等價，運動中所具有的能量應加到質量上，也就是說，運動的物體的質量會增加。當物體的運動速度遠低於光速時，增加的質量微乎其微，如速度達到光速的0.1時，質量只增加0.5％。但隨著速度接近光速，其增加的質量就顯著了。如速度達到光速的0.9時，其質量增加了一倍多。這時，物體繼續加速就需要更多的能量。當速度趨近光速時，質量隨著速度的增加而直線上升，速度無限接近光速時，質量趨向於無限大，需要無限多的能量。因此，任何物體的運動速度不可能達到光速，只有質量為零的粒子才可以以光速運動，如光子。
若考慮微觀狀態（量子力學），有可能超過光速。
黑洞的存在與光速沒有關系，黑洞是由於引力場使空間彎曲造成的，不會影響光速 。
真空中的光速是一個物理常數（符號是c），等於299,792,458米/秒。
光速的測量方法： 最早光速的准確數值是通過觀測木星對其衛星的掩食測量的。還有轉動齒輪法、轉鏡法、克爾盒法、變頻閃光法等光速測量方法。
1983年，光速取代了保存在巴黎國際計量局的鉑制米原器被選作定義「米」的標准，並且約定光速嚴格等於299,792,458米/秒，此數值與當時的米的定義和秒的定義一致。後來，隨著實驗精度的不斷提高，光速的數值有所改變，米被定義為1/299,792,458秒內光通過的路程。
根據現代物理學，所有電磁波，包括可見光，在真空中的速度是常數，即是光速。強相互作用、電磁作用、弱相互作用傳播的速度都是光速，根據廣義相對論，萬有引力傳播的速度也是光速，且已於2003年得以證實。根據電磁學的定律，發放電磁波的物件的速度不會影響電磁波的速度。結合相對性原則，觀察者的參考坐標和發放光波的物件的速度不會影響被測量的光速，但會影響波長而產生紅移、藍移。這是狹義相對論的基礎。相對論探討的是光速而不是光，就算光被稍微減慢，也不會影響狹義相對論。
一、光速測定的天文學方法
1．羅默的衛星蝕法
光速的測量，首先在天文學上獲得成功，這是因為宇宙廣闊的空間提供了測量光速所需要的足夠大的距離．早在1676年丹麥天文學家羅默（1644—1710）首先測量了光速．由於任何周期性的變化過程都可當作時鍾，他成功地找到了離觀察者非常遙遠而相當准確的「時鍾」，羅默在觀察時所用的是木星每隔一定周期所出現的一次衛星蝕．他在觀察時注意到：連續兩次衛星蝕相隔的時間，當地球背離木星運動時，要比地球迎向木星運動時要長一些，他用光的傳播速度是有限的來解釋這個現象．光從木星發出（實際上是木星的衛星發出），當地球離開木星運動時，光必須追上地球，因而從地面上觀察木星的兩次衛星蝕相隔的時間，要比實際相隔的時間長一些；當地球迎向木星運動時，這個時間就短一些．因為衛星繞木星的周期不大（約為1.75天），所以上述時間差數，在最合適的時間（上圖中地球運行到軌道上的A和A』兩點時）不致超過15秒（地球的公轉軌道速度約為30千米/秒）．因此，為了取得可靠的結果，當時的觀察曾在整年中連續地進行．羅默通過觀察從衛星蝕的時間變化和地球軌道直徑求出了光速．由於當時只知道地球軌道半徑的近似值，故求出的光速只有214300km/s．這個光速值盡管離光速的准確值相差甚遠，但它卻是測定光速歷史上的第一個記錄．後來人們用照相方法測量木星衛星蝕的時間，並在地球軌道半徑測量准確度提高後，用羅默法求得的光速為299840±60km/s．
2．布萊德雷的光行差法
1728年，英國天文學家布萊德雷（1693—1762）採用恆星的光行差法，再一次得出光速是一有限的物理量．布萊德雷在地球上觀察恆星時，發現恆星的視位置在不斷地變化，在一年之內，所有恆星似乎都在天頂上繞著半長軸相等的橢圓運行了一周．他認為這種現象的產生是由於恆星發出的光傳到地面時需要一定的時間，而在此時間內，地球已因公轉而發生了位置的變化．他由此測得光速為：C=299930千米/秒
這一數值與實際值比較接近．
以上僅是利用天文學的現象和觀察數值對光速的測定，而在實驗室內限於當時的條件，測定光速尚不能實現．
二、光速測定的大地測量方法
光速的測定包含著對光所通過的距離和所需時間的量度，由於光速很大，所以必須測量一個很長的距離和一個很短的時間，大地測量法就是圍繞著如何准確測定距離和時間而設計的各種方法．
1．伽利略測定光速的方法
物理學發展史上，最早提出測量光速的是義大利物理學家伽利略．1607年在他的實驗中，讓相距甚遠的兩個觀察者，各執一盞能遮閉的燈，如圖所示：觀察者A打開燈光，經過一定時間後，光到達觀察者B，B立即打開自己的燈光，過了某一時間後，此信號回到A，於是A可以記下從他自己開燈的一瞬間，到信號從B返回到A的一瞬間所經過的時間間隔t．若兩觀察者的距離為S，則光的速度為c=2s/t
因為光速很大，加之觀察者還要有一定的反應時間，所以伽利略的嘗試沒有成功．如果用反射鏡來代替B，那麼情況有所改善，這樣就可以避免觀察者所引入的誤差．這種測量原理長遠地保留在後來的一切測定光速的實驗方法之中．甚至在現代測定光速的實驗中仍然採用．但在信號接收上和時間測量上，要採用可靠的方法．使用這些方法甚至能在不太長的距離上測定光速，並達到足夠高的精確度．
2．旋轉齒輪法
用實驗方法測定光速首先是在1849年由斐索實驗．他用定期遮斷光線的方法（旋轉齒輪法）進行自動記錄．實驗示意圖如下．從光源s發出的光經會聚透鏡L1射到半鍍銀的鏡面A，由此反射後在齒輪W的齒a和a』之間的空隙內會聚，再經透鏡L2和L3而達到反射鏡M，然後再反射回來．又通過半鍍鏡A由L4集聚後射入觀察者的眼睛E．如使齒輪轉動，那麼在光達到M鏡後再反射回來時所經過的時間△t內，齒輪將轉過一個角度．如果這時a與a』之間的空隙為齒a（或a』）所佔據，則反射回來的光將被遮斷，因而觀察者將看不到光．但如齒輪轉到這樣一個角度，使由M鏡反射回來的光從另一齒間空隙通過，那麼觀察者會重新看到光，當齒輪轉動得更快，反射光又被另一個齒遮斷時，光又消失．這樣，當齒輪轉速由零而逐漸加快時，在E處將看到閃光．由齒輪轉速v、齒數n與齒輪和M的間距L可推得光速c=4nvL．
在斐索所做的實驗中，當具有720齒的齒輪，一秒鍾內轉動12.67次時，光將首次被擋住而消失，空隙與輪齒交替所需時間為1/12.67s
在這一時間內，光所經過的光程為2×8633米，所以光速c=2×8633×18244（m/s)≈315×108(km/s)
在對信號的發出和返回接收時刻能作自動記錄的遮斷法除旋轉齒輪法外，在現代還採用克爾盒法．1941年安德孫用克爾盒法測得：c=299776±6km/s，1951年貝格斯格蘭又用克爾盒法測得c=299793.1±0.3km/s．
3．旋轉鏡法
旋轉鏡法的主要特點是能對信號的傳播時間作精確測量．1851年傅科成功地運用此法測定了光速．旋轉鏡法的原理早在1834年1838年就已為惠更斯和阿拉果提出過，它主要用一個高速均勻轉動的鏡面來代替齒輪裝置．由於光源較強，而且聚焦得較好．因此能極其精密地測量很短的時間間隔．實驗裝置如圖所示．從光源s所發出的光通過半鍍銀的鏡面M1後，經過透鏡L射在繞O軸旋轉的平面反射鏡M2上O軸與圖面垂直．光從M2反射而會聚到凹面反射鏡M3上，M3的曲率中心恰在O軸上，所以光線由M3對稱地反射，並在s′點產生光源的像．當M2的轉速足夠快時，像S′的位置將改變到s〃，相對於可視M2為不轉時的位置移動了△s的距離可以推導出光速值。式中w為M2轉動的角速度．l0為M2到M3的間距，l為透鏡L到光源S的間距，△s為s的像移動的距離．因此直接測量w、l、l0、△s，便可求得光速。
在傅科的實驗中：L=4米，L0=20米，△s=0.0007米，W=800×2π弧度/秒，他求得光速值c=298000±500km/s．
另外，傅科還利用這個實驗的基本原理，首次測出了光在介質（水）中的速度v＜c，這是對波動說的有力證據．
3．旋轉棱鏡法
美國的邁克爾遜把齒輪法和旋轉鏡法結合起來，創造了旋轉棱鏡法裝置．因為齒輪法之所以不夠准確，是由於不僅當齒的中央將光遮斷時變暗，而且當齒的邊緣遮斷光時也是如此．因此不能精確地測定象消失的瞬時．旋轉鏡法也不夠精確，因為在該法中象的位移△s太小，只有0.7毫米，不易測准．邁克耳遜的旋轉鏡法克服了這些缺點．他用一個正八面鋼質棱鏡代替了旋轉鏡法中的旋轉平面鏡，從而光路大大的增長，並利用精確地測定棱鏡的轉動速度代替測齒輪法中的齒輪轉速測出光走完整個路程所需的時間，從而減少了測量誤差．從1879年至1926年，邁克耳遜曾前後從事光速的測量工作近五十年，在這方面付出了極大的勞動．1926年他的最後一個光速測定值為
c=299796km/s
這是當時最精確的測定值，很快成為當時光速的公認值．
三、光速測定的實驗室方法（高中課本有）
光速測定的天文學方法和大地測量方法，都是採用測定光信號的傳播距離和傳播時間來確定光速的．這就要求要盡可能地增加光程，改進時間測量的准確性．這在實驗室里一般是受時空限制的，而只能在大地野外進行，如斐索的旋輪齒輪法當時是在巴黎的蘇冷與達蒙瑪特勒相距8633米的兩地進行的．傅科的旋轉鏡法當時也是在野外，邁克耳遜當時是在相距35373．21米的兩個山峰上完成的．現代科學技術的發展，使人們可以使用更小更精確地實驗儀器在實驗室中進行光速的測量．
1．微波諧振腔法
1950年埃森最先採用測定微波波長和頻率的方法來確定光速．在他的實驗中，將微波輸入到圓柱形的諧振腔中，當微波波長和諧振腔的幾何尺寸匹配時，諧振腔的圓周長πD和波長之比有如下的關系：πD=2.404825λ，因此可以通過諧振腔直徑的測定來確定波長，而直徑則用干涉法測量；頻率用逐級差頻法測定．測量精度達10-7．在埃森的實驗中，所用微波的波長為10厘米，所得光速的結果為299792.5±1km/s．
2．激光測速法（大學課本）
1970年美國國家標准局和美國國立物理實驗室最先運用激光測定光速．這個方法的原理是同時測定激光的波長和頻率來確定光速（c=νλ）．由於激光的頻率和波長的測量精確度已大大提高，所以用激光測速法的測量精度可達10-9，比以前已有最精密的實驗方法提高精度約100倍．
除了以上介紹的幾種測量光速的方法外，還有許多十分精確的測定光速的方法．
根據1975年第十五屆國際計量大會的決議，現代真空中光速的最可靠值是：
c=299792.458±0.001km/s
接近光速時的速度合成
接近光速情況下，笛卡爾坐標系不再適用。同樣測量光線離開自己的速度，一個快速追光的人與一個靜止的人會測得相同的速度（光速）。這與日常生活中對速度的概念有異。兩車以50km/h的速度迎面飛馳，司機會感覺對方的車以50 + 50 = 100km/h行駛，即與自己靜止而對方以100km/h迎面駛來的情況無異。但當速度接近光速時，實驗證明簡單加法計算速度不再奏效。當兩飛船以90%光速的速度（對第三者來說）迎面飛行時，船上的人不會感覺對方的飛船以90%c+90%c=180%c光速速度迎面飛來，而只是以稍低於99.5%的光速速度行駛。結果可從愛因斯坦計算速度的算式得出：
v和w是對第三者來說飛船的速度，u是感受的速度，c是光速。
不同介質中的光速
真空中的光速 真空中的光速是一個重要的物理常量，國際公認值為c=299,792,458米/秒。17世紀前人們以為光速為無限大，義大利物理學家G.伽利略曾對此提出懷疑，並試圖通過實驗來檢驗，但因過於粗糙而未獲成功。1676年，丹麥天文學家O.C.羅默利用木星衛星的星蝕時間變化證實光是以有限速度傳播的。1727年，英國天文學家J.布拉得雷利用恆星光行差現象估算出光速值為c=303000千米/秒。
1849年，法國物理學家A.H.L.菲佐用旋轉齒輪法首次在地面實驗室中成功地進行了光速測量，最早的結果為c=315000千米/秒。1862年，法國實驗物理學家J.-B.-L.傅科根據D.F.J.阿拉戈的設想用旋轉鏡法測得光速為c=(298000±500)千米/秒。19世紀中葉J.C.麥克斯韋建立了電磁場理論，他根據電磁波動方程曾指出，電磁波在真空中的傳播速度等於靜電單位電量與電磁單位電量的比值，只要在實驗上分別用這兩種單位測量同一電量(或電流)，就可算出電磁波的波速。1856年，R.科爾勞施和W.韋伯完成了有關測量，麥克斯韋根據他們的數據計算出電磁波在真空中的波速值為3.1074×105千米/秒，此值與菲佐的結果十分接近，這對人們確認光是電磁波起過很大作用。
1926年，美國物理學家A.A.邁克耳孫改進了傅科的實驗，測得c=(299796±4)千米/秒，他於1929年在真空中重做了此實驗，測得c=299774千米/秒。後來有人用光開關(克爾盒)代替齒輪轉動以改進菲佐的實驗，其精度比旋轉鏡法提高了兩個數量級。1952年，英國實驗物理學家K.D.費羅姆用微波干涉儀法測量光速，得c=(299792.50±0.10)千米/秒。此值於1957年被推薦為國際推薦值使用，直至1973年。
1972年，美國的K.M.埃文森等人直接測量激光頻率ν和真空中的波長λ，按公式c=νλ算得c=(299792458±1.2)米/秒。1975年第15屆國際計量大會確認上述光速值作為國際推薦值使用。1983年17屆國際計量大會通過了米的新定義，在這定義中光速c=299792458米/秒為規定值，而長度單位米由這個規定值定義。既然真空中的光速已成為定義值，以後就不需對光速進行任何測量了。
介質中的光速 不同介質中有不同的光速值。1850年菲佐用齒輪法測定了光在水中的速度，證明水中光速小於空氣中的光速。幾乎在同時，傅科用旋轉鏡法也測量了水中的光速（3/4c），得到了同樣結論。這一實驗結果與光的波粒二象性相一致而與牛頓的微粒說相矛盾(解釋光的折射定律時)，這對光的波動本性的確立在歷史上曾起過重要作用。1851年，菲佐用干涉法測量了運動介質中的光速，證實了A.-J.菲涅耳的曳引公式。 [玻璃中光速2/3c]
光在水中的速度：2.25×10^8m/s
光在玻璃中的速度：2.0×10^8m/s
光在冰中的速度：2.30×10^8m/s
光在空氣中的速度：3.0×10^8m/s
光在酒精中的速度：2.2×10^8m/s
上述理論只在19世紀70年代基本准確,在愛因斯坦<<廣義相對論>>中,光速是這樣闡述的:物體運動接近光速時,時間變得緩慢,當物體運動等於光速時,時間靜止,當物體運動超過光速時,時間倒流.這三個推斷是19世紀70年代初中期國際天文機構觀察探測日食時得以證實,而目前得以證實人類超過光速的機器是俄羅斯時間機器,它可以使當地時間倒退一秒,而耗電量是整個莫斯科市三年的用電量.
E=mc^2推導
第一步：要討論能量隨質量變化，先要從量綱得知思路：
能量量綱[E]=[M]([L]^2)([T]^(-2)),即能量量綱等於質量量綱和長度量綱的平方以及時間量綱的負二次方三者乘積。
我們需要把能量對於質量的函數形式化簡到最簡，那麼就要求能量函數中除了質量，最好只有一個其它的變數。
把([L]^2)([T]^(-2))化簡，可以得到只有一個量綱-速度[V_]的形式：
[V_]*[V_]。
也就是[E]=[M][V_]*[V_]
可見我們要討論質能關系，最簡單的途徑是從速度v_下手。
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第二步：先要考慮能量的變化
與能量的變化有關的有各種能量形式的轉化，其中直接和質量有關的只有做功。
那麼先來考慮做功對於能量變化的影響。
當外力F_(後面加_表示矢量，不加表示標量)作用在靜止質量為m0的質點上時，每產生ds_（位移s_的微分）的位移，物體能量增加
dE=F_*ds_(*表示點乘)。
考慮最簡化的 外力與位移方向相同的情況，上式變成
dE=Fds
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第三步：怎樣把力做功和速度v變化聯系起來呢？也就是說怎樣來通過力的作用效果來得出速度的變化呢？
我們知道力對物體的沖量等於物體動量的增量。那麼，通過動量定理，力和能量就聯系起來了：
F_dt=dP_=mdv_
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第四步：上式中顯然還要參考m質量這個變數，而我們不想讓質量的加入把我們力和速度的關系復雜化。我們想找到一種辦法約掉m，這樣就能得到純粹的速度和力的關系。
參考dE=Fds和F_dt=dP_，我們知道，v_=ds_/dt
那麼可以得到
dE=v_*dP_
如果考慮最簡單的形式：當速度改變和動量改變方向相同：
dE=vdP
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第五步：把上式化成能量和質量以及速度三者的關系式（因為我們最初就是要討論這個形式）：
dE=vd(mv)----因為dP=d(mv)
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第六步：把上式按照微分乘法分解
dE=v^2dm+mvdv
這個式子說明：能量的增量含有質量因速度增加而增加dm產生的能量增量和單純速度增加產生的能量增量2個部分。（這個觀點非常重要，在相對論之前，人們雖然在理論物理推導中認識到質量增加也會產生能量增量，但是都習慣性認為質量不會隨運動速度增加而變化，也就是誤以為dm恆定為0，這是經典物理學的最大錯誤之一。）
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第七步：我們不知道質量隨速度增加產生的增量dm是怎樣的，現在要研究它到底如何隨速度增加（也就是質量增量dm和速度增量dv之間的直接關系）：
根據洛侖茲變換推導出的靜止質量和運動質量公式：
m=m0[1-(v^2/c^2)]^(-1/2)
化簡成整數次冪形式：
m^2=(m0^2)[1-(v^2/c^2)]
化成沒有分母而且m和m0分別處於等號兩側的形式（這樣就是得到運動質量m對於速度變化和靜止質量的純粹的函數形式）：
(m^2)(c^2-v^2)=(m0^2)c^2
用上式對速度v求導得到dm/dv（之所以要這樣做，就是要找到質量增量dm和速度增量dv之間最直接的關系，我們這一步的根本目的就是這個）：
d[(m^2)(c²-v²)]/dv=d[(m0²)c²]/dv(注意式子等號右邊是常數的求導,結果為0)
即
[d(m²)/dv](c²-v²)+m²[d(c²-v²)/dv]=0
即
[m(dm/dv)+m(dm/dv)](c²-v²)+(m²)[0-2v]=0
即
2m(dm/dv)(c²-v²)-2vm²=0
約掉公因式2m(肯定不是0，呵呵，運動質量為0？沒聽說過)
得到：
(dm/dv)(c²-V²)-mv=0
即
(dm/dv)(c^2-V^2)=mv
由於dv不等於0（我們研究的就是非靜止的情況，運動系速度對於靜止系的增量當然不為0）
(c^2-v^2)dm=mvdv
這就是我們最終得到的dm和dv的直接關系。
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第八步：有了dm的函數，代回到我們第六步的能量增量式
dE=v^2dm+mvdv
=v^2dm+(c^2-v^2)dm
=c^2dm
這就是質能關系式的微分形式，它說明：質量的增量與能量的增量成正比，而且比例系數是常數c^2。
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最後一步：推論出物體從靜止到運動速度為v的過程中，總的能量增量：
對上一步的結論進行積分，積分區間取質量從靜止質量m0到運動質量m，得到
∫dE=∫[m0~m]c^2dm
即
E=mc^2-m0c^2
這就是 物體從靜止到運動速度為v的過程中，總的能量增量。
其中
E0=m0c^2稱為物體靜止時候的靜止能量。
Ev=mc^2稱為物體運動時候的總動能（運動總能量）。
總結：對於任何已知運動質量為m的物體，可以用E=mc^2直接計算出它的運動動能。
關於光速
光在水中的速度：2.25×10^8m/s
光在玻璃中的速度：2.0×10^8m/s
光在冰中的速度：2.30×10^8m/s
光在空氣中的速度：3.0×10^8m/s
光在酒精中的速度：2.2×10^8m/s
同學們知道這個速度相對什麼說的吧？是介質，而不關心介質的整體，是以什麼速度運動。就是說如果測量系以一定速度運動，則光速是測量系速度加光在介質中的速度，至少低速時近似如此，這一點維護相對論的也不否認。
以聲音實驗為例：空氣對地面靜止，第1次我們不動測得我們發出的聲音1秒鍾前進了300米；第二次我們1秒鍾勻速後退1米，測得聲音距我們301米，得到結論：兩次聲音相對地面速度不變，相對我們，第一次300米/秒；第2次301米/秒。
換做光實驗，同樣結果。我們用玻璃介質再做一次，同樣結果，我們再做一個我們不動，讓玻璃帶著光勻速運動的實驗，會發現光對玻璃依然是光速，因為它的傳遞條件沒有任何改變，而對我們，光速改變了，是靜止光速+玻璃速度。
要麼承認光速可變，要麼承認聲速也是不變的。
相對論在什麼情況下有可能可用呢？
愛因斯坦說：任何光線在「靜止的」坐標系中都是以確定的速度c運動著，不管這道光線是由靜止的還是運動的物體發射出來的。」
大學物理中光速不變原理：在彼此相對作勻速直線運動的任一慣性參考系中，所測得的光在真空中的傳播速度都是相等的。
可見，大學教材，已經認為非真空的光速可變，但是這樣定義帶來另一個問題，相對論，只在真空中可用，在通常的大氣條件下，不可用，這又讓一些相對論的盲目追隨者不知所措。同學們想參與科學探討是好的，要先豐富一下自己知識。

⑻ 如何測量光速

用鏡子，電子計時器