自组实验装置测光速

⑴ 如何测光速

一． 惠更斯的测定的光速
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。虽然这个结果很不精确，但为光速的测定迈出了一大步。
二.法国科学家菲索的旋转齿轮法
菲索为法国科学家，他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， 可以看出结果与今天的精确值比较接近。
三. 迈克尔逊旋转镜和干涉仪测法如图7所示是迈克尔逊用转动八面镜法测光速的实验示意图，图中S为发光点，T是望远镜，平面镜O与凹面镜B构成了反射系统。八面镜距反射系统的距离为AB＝L（L可长达几十千米），且远大于OB以及S和T到八面镜的距离。现使八面镜转动起来，并缓慢增大其转速，当转动频率达到f0并可认为是匀速转动时，恰能在望远镜中第一次看见发光点S，由此迈克尔逊测出光速C。

具体的算法为，此时八面镜转过角度为

即可得出C=16
以上为迈克尔逊的测定光速的原理及计算方法。
四.巧用微波炉测光速
光速的测量并不一定要用科学的仪器，其实在生活中我们可以利用身边的东西进行测量，我们知道电磁波的传播速度等于光速，因此我们可以运用微波炉发出的微波进行光速的测量。具体做法如下：
把旋转托盘从你的微波炉中拿出来，再把一块巧克力放在托盘上。用最大的功率加热，直到巧克力上有两到三处出现融化——这仅仅只需20秒钟的时间。然后，从微波炉中拿出巧克力，测量两个融化处之间的距离，再将此距离乘以2，在乘以2,450,000,000(即2450兆赫兹，如果你的微波炉是标准厂家生产的，那么多半就是这个频率)。接下来，你会惊奇地发现，算出的结果非常接近299,792,458——若加上米/秒的单位，即是光速。
我们知道，微波炉每秒产生24亿5千万次的超高频率，快速震荡炉中事物所含有的蛋白质、脂肪、水等成分的分子，使分子之间互相碰撞、挤压、摩擦，重新排列组合。简而言之，它是靠事物内部的摩擦生热原理来烹调的。由于巧克力棒静止不动地停留在微波炉里，微波持续地震荡相同的部位——即迅速变热并融化的地方。而相邻两个融化点之间的距离即是波长的一半，因为微波穿过巧克力块时是上下波动的。将两个融化点之间的距离乘以2，即为一个完整的波长。而微波和光波一样，它们都是以光速行驶的电磁波。在你的炉子里，它们的频率为2450兆赫兹，这就意味着它们每秒钟上下跳跃的次数为24.5亿次。我们已经计算出它们的波长——经历完整的一轮上升和下降的波动说走过的距离。因此我们可以计算出这样的微波经历24.5亿次上升和下降说走过的长度，也就是说，它们在一秒钟内所走过的长度。这样，我们的数据就足够了：如果你发现巧克力的融化点之间的距离是6厘米，那么用0.06*2*2.45*1,000,000,000讲会得到294,000,000——这个结果与物理学家们用了半个世纪测出的结果及其相似。
小结：以上为测量光速的几种方法，得出的结果的精确度不同，但总的来说都是人类智慧的结晶以及人类对科学进行探究的见证

第一个尝试测量光速的，也是伽利略。他和他的助手在夜间相隔数公里远面对面地站着，每人拿一盏灯，灯有开关（注意当时还没有电的知识，更没有电灯。）当伽利略在某个时刻打开灯，一束光向助手方向射去，助手看到灯后马上打开自己的灯。伽利略试图测出从他开灯到他看到助手开灯之间的时差，从而算出光速。但这个实验失败了，因为光传播速度太快，现在知道，要想通过这种方法测出光速，必须能测出10－5秒的时差，这在当时是完全不可能的。

第一个比较正确的光速值，是用天体测量得到的。1675年，丹麦天文学家罗麦注意到，木卫消失在木星阴影里的时间间隔逐次不同，它随着各次卫星掩蚀时，木星和地球之间距离的不同而变长或变短。他认识到这是由于在长短不同的路程上，光线传播需要不同时间。根据这种想法，罗麦推算出c=2×108米／秒。

直到1849年，地面实验中才有较好的光速测量。当时，法国物理学家斐索利用高速齿轮进行这项工作。1862年，傅科成功地发展了另一种测定光速的方法，他用一个高速转镜来测量微小的时间间隔。下图是经过改进后的实验装置示意图。转镜是一个正八面的钢质棱镜，从光源S发出的光射到转镜面R上，经R反射后又射到35公里以外的一块反射镜C上，光线再经反射后回到转镜。所用时间是t=2D/c。在t时间中转镜转过一个角度。实验时，逐渐加快转镜转速，当转速达到528转／秒时，在t时间里正好转过1／8圈。返回的光恰恰在棱镜的下一个面上，通过半透镜M可以从望远镜里看到返回光线所成的像。用这种方法得到c =299,796±4公里／秒。

近代测量光速的方法，是先准确地测量一束光的频率v和波长λ，然后再用c＝vλ来计算。1973年以来，采用以下的光速值

c =299,792,458±1.2米／秒。

顺便指出一点:各种测量光速的方法,得到的结果都很一致,这也成为光速不变性的一个有力佐证。

⑵ 声速与光速是怎样测量

光速测量： 早光速准确数值通观测木星其卫星掩食测量.转齿轮、转镜、克尔盒、变频闪光等光速测量.
1．罗默卫星蚀
光速测量,首先文获功,宇宙广阔空间提供测量光速所需要足够距离．早1676丹麦文家罗默（1644— 1710）首先测量光速．由于任何周期性变化程都作钟,功找离观察者非遥远相准确钟,罗默观察所用木星每隔定周期所现卫星蚀．观察注意：连续两卫星蚀相隔间,球背离木星运,要比球迎向木星运要些,用光传播速度限解释现象．光木星发（实际木星卫星发）,球离木星运,光必须追球,面观察木星两卫星蚀相隔间,要比实际相隔间些；球迎向木星运,间短些．卫星绕木星周期（约1.75）,所述间差数,合适间（图球运行轨道AA’两点）致超15秒（球公转轨道速度约30千米/秒）．,取靠结,观察曾整连续进行．罗默通观察卫星蚀间变化球轨道直径求光速．由于知道球轨道半径近似值,故求光速214300km/s．光速值尽管离光速准确值相差甚远,却测定光速历史第记录．用照相测量木星卫星蚀间,并球轨道半径测量准确度提高,用罗默求光速299840±60km/s．
2．布莱德雷光行差
1728,英文家布莱德雷（1693—1762）采用恒星光行差,再光速限物理量．布莱德雷球观察恒星,发现恒星视位置断变化,内,所恒星似乎都顶绕着半轴相等椭圆运行周．认种现象产由于恒星发光传面需要定间,间内,球已公转发位置变化．由测光速：
C=299930千米/秒
数值与实际值比较接近．
仅利用文现象观察数值光速测定,实验室内限于条件,测定光速尚能实现．
二、光速测定测量
光速测定包含着光所通距离所需间量度,由于光速,所必须测量距离短间,测量围绕着何准确测定距离间设计各种．
1．伽利略测定光速
物理发展史,早提测量光速意利物理家伽利略．1607实验,让相距甚远两观察者,各执盏能遮闭灯,图所示：观察者A打灯光,经定间,光达观察者B,B立即打自灯光,某间,信号A,于A记自灯瞬间,信号B返A瞬间所经间间隔t．若两观察者距离S,则光速度
c=2s/t
光速,加观察者要定反应间,所伽利略尝试没功．用反射镜代替B,情况所改善,避免观察者所引入误差．种测量原理远保留切测定光速实验．甚至现代测定光速实验仍采用．信号接收间测量,要采用靠．使用些甚至能太距离测定光速,并达足够高精确度．
2．旋转齿轮
用实验测定光速首先1849由斐索实验．用定期遮断光线（旋转齿轮）进行自记录．实验示意图．光源s发光经聚透镜L1射半镀银镜面A,由反射齿轮W齿aa’间空隙内聚,再经透镜L2L3达反射镜M,再反射．通半镀镜A由 L4集聚射入观察者眼睛E．使齿轮转,光达M镜再反射所经间△t内,齿轮转角度．a与a’间空隙齿 a（或a’）所占据,则反射光遮断,观察者看光．齿轮转角度,使由M镜反射光另齿间空隙通,观察者重新看光,齿轮转更快,反射光另齿遮断,光消失．,齿轮转速由零逐渐加快,E处看闪光．由齿轮转速v、齿数n与齿轮M间距L推光速c=4nvL．
斐索所做实验,具720齿齿轮,秒钟内转12.67,光首挡住消失,空隙与轮齿交替所需间
间内,光所经光程2×8633米,所光速c=2×8633×18244=3.15×108（m/s）．
信号发返接收刻能作自记录遮断除旋转齿轮外,现代采用克尔盒．1941安德孙用克尔盒测：c=299776±6km/s,1951贝格斯格兰用克尔盒测c=299793.1±0.3km/s．
3．旋转镜
旋转镜主要特点能信号传播间作精确测量．1851傅科功运用测定光速．旋转镜原理早18341838已惠更斯阿拉提,主要用高速均匀转镜面代替齿轮装置．由于光源较强,且聚焦较．能极其精密测量短间间隔．实验装置图所示．光源s所发光通半镀银镜面M1,经透镜L射绕O轴旋转平面反射镜M2O轴与图面垂直．光M2反射聚凹面反射镜M3, M3曲率恰O轴,所光线由M3称反射,并s′点产光源像．M2转速足够快,像S′位置改变s〃,相于视M2转位置移△s距离推导光速值：
式wM2转角速度．l0M2M3间距,l透镜L光源S间距,△ss像移距离．直接测量w、l、l0、△s,便求光速．
傅科实验：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,傅科利用实验基本原理,首测光介质（水）速度v＜c,波说力证据．
3．旋转棱镜
迈克耳逊齿轮旋转镜结合起,创造旋转棱镜装置．齿轮所够准确,由于仅齿央光遮断变暗,且齿边缘遮断光．能精确测定象消失瞬．旋转镜够精确,该象位移△s太,0.7毫米,易测准．迈克耳逊旋转镜克服些缺点．用八面钢质棱镜代替旋转镜旋转平面镜,光路增,并利用精确测定棱镜转速度代替测齿轮齿轮转速测光走完整路程所需间,减少测量误差．1879至1926,迈克耳逊曾前事光速测量工作近五十,面付极劳． 1926光速测定值
c=299796km/s
精确测定值,快光速公认值．
三、光速测定实验室
光速测定文测量,都采用测定光信号传播距离传播间确定光速．要求要尽能增加光程,改进间测量准确性．实验室般受空限制,能野外进行,斐索旋轮齿轮巴黎苏冷与达蒙玛特勒相距8633米两进行．傅科旋转镜野外,迈克耳逊相距35373．21米两山峰完．现代科技术发展,使使用更更精确实验仪器实验室进行光速测量．
1．微波谐振腔
1950埃森先采用测定微波波频率确定光速．实验,微波输入圆柱形谐振腔,微波波谐振腔几何尺寸匹配,谐振腔圆周πD波比关系：πD=2.404825λ,通谐振腔直径测定确定波,直径则用干涉测量；频率用逐级差频测定．测量精度达10-7．埃森实验,所用微波波10厘米,所光速结299792.5±1km/s．
2．激光测速
1790美家标准局美立物理实验室先运用激光测定光速．原理同测定激光波频率确定光速（c=νλ）．由于激光频率波测量精确度已提高,所用激光测速测量精度达10-9,比前已精密实验提高精度约100倍．
四、光速测量览表
除介绍几种测量光速外,许十精确测定光速．现同测定光速值列光速测量览表供参考．
根据1975第十五届际计量决议,现代真空光速靠值：
c=299792.458±0.001km/s
声速测量仪必须配示波器信号发器才能完测量声速任务.实验产超声波装置图所示.由压电陶瓷管或称超声压电换能器与变幅杆组；交变电压加压电陶瓷管,由于压电体逆压电效应,使其产机械振.压电陶瓷管粘接铝合金制变幅杆,经电线路放,即超声波发器,由于压电陶瓷管周期性振,带变幅杆做周期轴向振.所加交变电压频率与压电陶瓷固频率相同,压电陶瓷振幅,使变幅杆振幅.变幅杆端面空气激发纵波,即超声波.本仪器压电陶瓷振荡频率40kHz,相应超声波波约几毫米,由于波短,定向发射性能,本超声波发射器比较理想波源.由于变幅杆端面直径般20mm左右,比波,近似认离发射器定距离处声波平面波.超声波接受器则利用压电体压电效应,接收机械振,转化电振,使电振增强.特加选频放器加放,再经屏蔽线输给示波器观测.接收器安装移机构,机构包扩支架、丝杆、移底座（其装指针,并通定位螺母套丝杆,丝杆带作平移）、带刻度手轮等.接收器位置由主、尺刻度手轮位置决定.主尺位于底座面；尺位于底坐面；尺1mm,手轮与丝杆相连100格,每转周,接收器平移1mm,故手每格0.01mm,估0.001mm.

⑶ 光速是怎么测定出来的，光速会受到环境的影响吗

著名科学家伽利略提出一项他曾经做过的实验。伽利略一行四人，分成两组，分别登上两座相隔甚远的山峰，每组各自携带一个光源——煤油灯。他对煤油灯做了一个简单的改进，就是在煤油灯的一面加了一个滑盖，这样关闭滑盖，灯光就被挡住，如果把滑盖拉起，灯光就会照射出来。通过快速地拉动滑盖，就能让煤油灯一亮一灭，制造出看上去在闪烁的效果。在伽利略的实验中，除了两盏煤油灯外，还需要两只一模一样的钟摆计时装置，以及记录数据的纸笔。他打算利用两边记录灯光开启关闭时间的方法来测算光的速度。

艾萨克·牛顿（IsaacNewton）在其1704年出版的《光学》一书中描述了罗默对光速的计算，并给出了光从太阳到地球传播所需的时间为“七到八分钟”。罗默和惠更斯的结果和实际相差非常巨大。阿曼德·斐索发明了旋转齿轮法，并得出了315000km/s的光速数值。莱昂·傅科进一步完善了斐索的方法，在1862年所得出的数值为298000km/s。这一数据已经非常接近准确值了。

⑷ 光速是怎样测出来的

1、天文学方法1676年，丹麦天文学家O.C.罗默利用木星卫星的星蚀时间变化证实光是以有限速度传播的。

2、布莱德雷的光行差法

1728年，英国天文学家布莱德雷（1693—1762）采用恒星的光行差法，再一次得出光速是一有限的物理量，布莱德雷在地球上观察恒星时，发现恒星的视位置在不断地变化，在一年之内，所有恒星似乎都在天顶上绕着半长轴相等的椭圆运行了一周。

他认为这种现象的产生是由于恒星发出的光传到地面时需要一定的时间，而在此时间内，地球已因公转而发生了位置的变化，他由此测得光速为：C=299930千米/秒。

3、地面测量方法

光速的测定包含着对光所通过的距离和所需时间的量度，由于光速很大，所以必须测量一个很长的距离和一个很短的时间，大地测量法就是围绕着如何准确测定距离和时间而设计的各种方法。

4、旋转齿轮法

用实验方法测定光速首先是在1849年由斐索实验，他用定期遮断光线的方法（旋转齿轮法）进行自动记录。

5、旋转镜法

旋转镜法的主要特点是能对信号的传播时间作精确测量，1851年傅科成功地运用此法测定了光速，旋转镜法的原理早在1834年1838年就已为惠更斯和阿拉果提出过。

它主要用一个高速均匀转动的镜面来代替齿轮装置，由于光源较强，而且聚焦得较好，因此能极其精密地测量很短的时间间隔。

⑸ 如何测量光速

旋转镜法的主要特点是能对信号的传播时间作精确测量．1851年傅科成功地运用此法测定了光速．旋转镜法的原理早在1834年1838年就已为惠更斯和阿拉果提出过，它主要用一个高速均匀转动的镜面来代替齿轮装置．由于光源较强，而且聚焦得较好．因此能极其精密地测量很短的时间间隔．实验装置如图所示．从光源s所发出的光通过半镀银的镜面M1后，经过透镜L射在绕O轴旋转的平面反射镜M2上O轴与图面垂直．光从M2反射而会聚到凹面反射镜M3上，
M3的曲率中心恰在O轴上，所以光线由M3对称地反射，并在s′点产生光源的像．当M2的转速足够快时，像S′的位置将改变到s〃，相对于可视M2为不转时的位置移动了△s的距离可以推导出光速值：
式中w为M2转动的角速度．l0为M2到M3的间距，l为透镜L到光源S的间距，△s为s的像移动的距离．因此直接测量w、l、l0、△s，便可求得光速．
在傅科的实验中：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，傅科还利用这个实验的基本原理，首次测出了光在介质（水）中的速度v＜c，这是对波动说的有力证据．

⑹ 光速是怎样测出来的

17世纪初，伽利略用测量声速的方法来测量光速，他让两个人各提一盏有遮光板的灯，并分别站在相距约1．6千米的地方，令第一个人先打开他的灯，同时开始计时；第二个人见到第一个人的灯亮时，立刻打开自己的灯；当第一个人看见第二个人的灯亮时，停止计时，这样测出光从第一个人到第二个人再返回所用的时间，再测出两地的距离，就可以计算出光的速度。从原理上讲，伽利略的方法是对的，但是实验失败了。这是因为光速很大，1／7秒能绕地球一周多，靠当时的条件在地球上用通常测声速的方法测光速是难以实现的。于是，人们把测光速的场地移到太空。在伽利略去世后约30年，丹麦王文学家罗默在观察木星的卫星食中，于1676年指出光速是有限的。

1834年，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。

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。测出的光速为 342539.21千米/秒，这个数值与当时天文学家公认的光速值相差甚小。

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。其测得的光速为29.8×107米/秒，并分析实验误差不可能超过5×105米/秒。

1850年5月6日傅科向科学院报告了自己的实验结果，并发现光速在水中比在空气中小，证明了波动说的观点是正确的。

迈克耳逊（美国人，A.A.Michelson,1852-1931）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。

⑺ 光速测定方法

光速 光速定义值:c=299792458m/s
光速计算值:c=(299792.50±0.10)km/s
英文：speed of light/ velocity of light
定义：光波或电磁波在真空或介质中的传播速度，没有任何物体或信息运动的速度可以超过光速。
理论：
人无论靠什么推进器，速度都是无法达到光速的，更不要说超光速了。因为，有质量的物体的运动速度是不可能达到光速的。原理如下：
首先，我们来了解一下质能等价理论。质能等价理论是爱因斯坦狭义相对论的最重要的推论，即著名的方程式E=mC²，式(质能方程)中为E能量，单位电子伏特（eV），m为质量，单位MeV/c² ，C为光速；也就是说，一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量。
一个静止的物体，其全部的能量都包含在静止的质量中。一旦运动，就要产生动能。由于质量和能量等价，运动中所具有的能量应加到质量上，也就是说，运动的物体的质量会增加。当物体的运动速度远低于光速时，增加的质量微乎其微，如速度达到光速的0.1时，质量只增加0.5％。但随着速度接近光速，其增加的质量就显著了。如速度达到光速的0.9时，其质量增加了一倍多。这时，物体继续加速就需要更多的能量。当速度趋近光速时，质量随着速度的增加而直线上升，速度无限接近光速时，质量趋向于无限大，需要无限多的能量。因此，任何物体的运动速度不可能达到光速，只有质量为零的粒子才可以以光速运动，如光子。
若考虑微观状态（量子力学），有可能超过光速。
黑洞的存在与光速没有关系，黑洞是由于引力场使空间弯曲造成的，不会影响光速 。
真空中的光速是一个物理常数（符号是c），等于299,792,458米/秒。
光速的测量方法： 最早光速的准确数值是通过观测木星对其卫星的掩食测量的。还有转动齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法。
1983年，光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂制米原器被选作定义“米”的标准，并且约定光速严格等于299,792,458米/秒，此数值与当时的米的定义和秒的定义一致。后来，随着实验精度的不断提高，光速的数值有所改变，米被定义为1/299,792,458秒内光通过的路程。
根据现代物理学，所有电磁波，包括可见光，在真空中的速度是常数，即是光速。强相互作用、电磁作用、弱相互作用传播的速度都是光速，根据广义相对论，万有引力传播的速度也是光速，且已于2003年得以证实。根据电磁学的定律，发放电磁波的物件的速度不会影响电磁波的速度。结合相对性原则，观察者的参考坐标和发放光波的物件的速度不会影响被测量的光速，但会影响波长而产生红移、蓝移。这是狭义相对论的基础。相对论探讨的是光速而不是光，就算光被稍微减慢，也不会影响狭义相对论。
一、光速测定的天文学方法
1．罗默的卫星蚀法
光速的测量，首先在天文学上获得成功，这是因为宇宙广阔的空间提供了测量光速所需要的足够大的距离．早在1676年丹麦天文学家罗默（1644—1710）首先测量了光速．由于任何周期性的变化过程都可当作时钟，他成功地找到了离观察者非常遥远而相当准确的“时钟”，罗默在观察时所用的是木星每隔一定周期所出现的一次卫星蚀．他在观察时注意到：连续两次卫星蚀相隔的时间，当地球背离木星运动时，要比地球迎向木星运动时要长一些，他用光的传播速度是有限的来解释这个现象．光从木星发出（实际上是木星的卫星发出），当地球离开木星运动时，光必须追上地球，因而从地面上观察木星的两次卫星蚀相隔的时间，要比实际相隔的时间长一些；当地球迎向木星运动时，这个时间就短一些．因为卫星绕木星的周期不大（约为1.75天），所以上述时间差数，在最合适的时间（上图中地球运行到轨道上的A和A’两点时）不致超过15秒（地球的公转轨道速度约为30千米/秒）．因此，为了取得可靠的结果，当时的观察曾在整年中连续地进行．罗默通过观察从卫星蚀的时间变化和地球轨道直径求出了光速．由于当时只知道地球轨道半径的近似值，故求出的光速只有214300km/s．这个光速值尽管离光速的准确值相差甚远，但它却是测定光速历史上的第一个记录．后来人们用照相方法测量木星卫星蚀的时间，并在地球轨道半径测量准确度提高后，用罗默法求得的光速为299840±60km/s．
2．布莱德雷的光行差法
1728年，英国天文学家布莱德雷（1693—1762）采用恒星的光行差法，再一次得出光速是一有限的物理量．布莱德雷在地球上观察恒星时，发现恒星的视位置在不断地变化，在一年之内，所有恒星似乎都在天顶上绕着半长轴相等的椭圆运行了一周．他认为这种现象的产生是由于恒星发出的光传到地面时需要一定的时间，而在此时间内，地球已因公转而发生了位置的变化．他由此测得光速为：C=299930千米/秒
这一数值与实际值比较接近．
以上仅是利用天文学的现象和观察数值对光速的测定，而在实验室内限于当时的条件，测定光速尚不能实现．
二、光速测定的大地测量方法
光速的测定包含着对光所通过的距离和所需时间的量度，由于光速很大，所以必须测量一个很长的距离和一个很短的时间，大地测量法就是围绕着如何准确测定距离和时间而设计的各种方法．
1．伽利略测定光速的方法
物理学发展史上，最早提出测量光速的是意大利物理学家伽利略．1607年在他的实验中，让相距甚远的两个观察者，各执一盏能遮闭的灯，如图所示：观察者A打开灯光，经过一定时间后，光到达观察者B，B立即打开自己的灯光，过了某一时间后，此信号回到A，于是A可以记下从他自己开灯的一瞬间，到信号从B返回到A的一瞬间所经过的时间间隔t．若两观察者的距离为S，则光的速度为c=2s/t
因为光速很大，加之观察者还要有一定的反应时间，所以伽利略的尝试没有成功．如果用反射镜来代替B，那么情况有所改善，这样就可以避免观察者所引入的误差．这种测量原理长远地保留在后来的一切测定光速的实验方法之中．甚至在现代测定光速的实验中仍然采用．但在信号接收上和时间测量上，要采用可靠的方法．使用这些方法甚至能在不太长的距离上测定光速，并达到足够高的精确度．
2．旋转齿轮法
用实验方法测定光速首先是在1849年由斐索实验．他用定期遮断光线的方法（旋转齿轮法）进行自动记录．实验示意图如下．从光源s发出的光经会聚透镜L1射到半镀银的镜面A，由此反射后在齿轮W的齿a和a’之间的空隙内会聚，再经透镜L2和L3而达到反射镜M，然后再反射回来．又通过半镀镜A由L4集聚后射入观察者的眼睛E．如使齿轮转动，那么在光达到M镜后再反射回来时所经过的时间△t内，齿轮将转过一个角度．如果这时a与a’之间的空隙为齿a（或a’）所占据，则反射回来的光将被遮断，因而观察者将看不到光．但如齿轮转到这样一个角度，使由M镜反射回来的光从另一齿间空隙通过，那么观察者会重新看到光，当齿轮转动得更快，反射光又被另一个齿遮断时，光又消失．这样，当齿轮转速由零而逐渐加快时，在E处将看到闪光．由齿轮转速v、齿数n与齿轮和M的间距L可推得光速c=4nvL．
在斐索所做的实验中，当具有720齿的齿轮，一秒钟内转动12.67次时，光将首次被挡住而消失，空隙与轮齿交替所需时间为1/12.67s
在这一时间内，光所经过的光程为2×8633米，所以光速c=2×8633×18244（m/s)≈315×108(km/s)
在对信号的发出和返回接收时刻能作自动记录的遮断法除旋转齿轮法外，在现代还采用克尔盒法．1941年安德孙用克尔盒法测得：c=299776±6km/s，1951年贝格斯格兰又用克尔盒法测得c=299793.1±0.3km/s．
3．旋转镜法
旋转镜法的主要特点是能对信号的传播时间作精确测量．1851年傅科成功地运用此法测定了光速．旋转镜法的原理早在1834年1838年就已为惠更斯和阿拉果提出过，它主要用一个高速均匀转动的镜面来代替齿轮装置．由于光源较强，而且聚焦得较好．因此能极其精密地测量很短的时间间隔．实验装置如图所示．从光源s所发出的光通过半镀银的镜面M1后，经过透镜L射在绕O轴旋转的平面反射镜M2上O轴与图面垂直．光从M2反射而会聚到凹面反射镜M3上，M3的曲率中心恰在O轴上，所以光线由M3对称地反射，并在s′点产生光源的像．当M2的转速足够快时，像S′的位置将改变到s〃，相对于可视M2为不转时的位置移动了△s的距离可以推导出光速值。式中w为M2转动的角速度．l0为M2到M3的间距，l为透镜L到光源S的间距，△s为s的像移动的距离．因此直接测量w、l、l0、△s，便可求得光速。
在傅科的实验中：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，傅科还利用这个实验的基本原理，首次测出了光在介质（水）中的速度v＜c，这是对波动说的有力证据．
3．旋转棱镜法
美国的迈克尔逊把齿轮法和旋转镜法结合起来，创造了旋转棱镜法装置．因为齿轮法之所以不够准确，是由于不仅当齿的中央将光遮断时变暗，而且当齿的边缘遮断光时也是如此．因此不能精确地测定象消失的瞬时．旋转镜法也不够精确，因为在该法中象的位移△s太小，只有0.7毫米，不易测准．迈克耳逊的旋转镜法克服了这些缺点．他用一个正八面钢质棱镜代替了旋转镜法中的旋转平面镜，从而光路大大的增长，并利用精确地测定棱镜的转动速度代替测齿轮法中的齿轮转速测出光走完整个路程所需的时间，从而减少了测量误差．从1879年至1926年，迈克耳逊曾前后从事光速的测量工作近五十年，在这方面付出了极大的劳动．1926年他的最后一个光速测定值为
c=299796km/s
这是当时最精确的测定值，很快成为当时光速的公认值．
三、光速测定的实验室方法（高中课本有）
光速测定的天文学方法和大地测量方法，都是采用测定光信号的传播距离和传播时间来确定光速的．这就要求要尽可能地增加光程，改进时间测量的准确性．这在实验室里一般是受时空限制的，而只能在大地野外进行，如斐索的旋轮齿轮法当时是在巴黎的苏冷与达蒙玛特勒相距8633米的两地进行的．傅科的旋转镜法当时也是在野外，迈克耳逊当时是在相距35373．21米的两个山峰上完成的．现代科学技术的发展，使人们可以使用更小更精确地实验仪器在实验室中进行光速的测量．
1．微波谐振腔法
1950年埃森最先采用测定微波波长和频率的方法来确定光速．在他的实验中，将微波输入到圆柱形的谐振腔中，当微波波长和谐振腔的几何尺寸匹配时，谐振腔的圆周长πD和波长之比有如下的关系：πD=2.404825λ，因此可以通过谐振腔直径的测定来确定波长，而直径则用干涉法测量；频率用逐级差频法测定．测量精度达10-7．在埃森的实验中，所用微波的波长为10厘米，所得光速的结果为299792.5±1km/s．
2．激光测速法（大学课本）
1970年美国国家标准局和美国国立物理实验室最先运用激光测定光速．这个方法的原理是同时测定激光的波长和频率来确定光速（c=νλ）．由于激光的频率和波长的测量精确度已大大提高，所以用激光测速法的测量精度可达10-9，比以前已有最精密的实验方法提高精度约100倍．
除了以上介绍的几种测量光速的方法外，还有许多十分精确的测定光速的方法．
根据1975年第十五届国际计量大会的决议，现代真空中光速的最可靠值是：
c=299792.458±0.001km/s
接近光速时的速度合成
接近光速情况下，笛卡尔坐标系不再适用。同样测量光线离开自己的速度，一个快速追光的人与一个静止的人会测得相同的速度（光速）。这与日常生活中对速度的概念有异。两车以50km/h的速度迎面飞驰，司机会感觉对方的车以50 + 50 = 100km/h行驶，即与自己静止而对方以100km/h迎面驶来的情况无异。但当速度接近光速时，实验证明简单加法计算速度不再奏效。当两飞船以90%光速的速度（对第三者来说）迎面飞行时，船上的人不会感觉对方的飞船以90%c+90%c=180%c光速速度迎面飞来，而只是以稍低于99.5%的光速速度行驶。结果可从爱因斯坦计算速度的算式得出：
v和w是对第三者来说飞船的速度，u是感受的速度，c是光速。
不同介质中的光速
真空中的光速 真空中的光速是一个重要的物理常量，国际公认值为c=299,792,458米/秒。17世纪前人们以为光速为无限大，意大利物理学家G.伽利略曾对此提出怀疑，并试图通过实验来检验，但因过于粗糙而未获成功。1676年，丹麦天文学家O.C.罗默利用木星卫星的星蚀时间变化证实光是以有限速度传播的。1727年，英国天文学家J.布拉得雷利用恒星光行差现象估算出光速值为c=303000千米/秒。
1849年，法国物理学家A.H.L.菲佐用旋转齿轮法首次在地面实验室中成功地进行了光速测量，最早的结果为c=315000千米/秒。1862年，法国实验物理学家J.-B.-L.傅科根据D.F.J.阿拉戈的设想用旋转镜法测得光速为c=(298000±500)千米/秒。19世纪中叶J.C.麦克斯韦建立了电磁场理论，他根据电磁波动方程曾指出，电磁波在真空中的传播速度等于静电单位电量与电磁单位电量的比值，只要在实验上分别用这两种单位测量同一电量(或电流)，就可算出电磁波的波速。1856年，R.科尔劳施和W.韦伯完成了有关测量，麦克斯韦根据他们的数据计算出电磁波在真空中的波速值为3.1074×105千米/秒，此值与菲佐的结果十分接近，这对人们确认光是电磁波起过很大作用。
1926年，美国物理学家A.A.迈克耳孙改进了傅科的实验，测得c=(299796±4)千米/秒，他于1929年在真空中重做了此实验，测得c=299774千米/秒。后来有人用光开关(克尔盒)代替齿轮转动以改进菲佐的实验，其精度比旋转镜法提高了两个数量级。1952年，英国实验物理学家K.D.费罗姆用微波干涉仪法测量光速，得c=(299792.50±0.10)千米/秒。此值于1957年被推荐为国际推荐值使用，直至1973年。
1972年，美国的K.M.埃文森等人直接测量激光频率ν和真空中的波长λ，按公式c=νλ算得c=(299792458±1.2)米/秒。1975年第15届国际计量大会确认上述光速值作为国际推荐值使用。1983年17届国际计量大会通过了米的新定义，在这定义中光速c=299792458米/秒为规定值，而长度单位米由这个规定值定义。既然真空中的光速已成为定义值，以后就不需对光速进行任何测量了。
介质中的光速 不同介质中有不同的光速值。1850年菲佐用齿轮法测定了光在水中的速度，证明水中光速小于空气中的光速。几乎在同时，傅科用旋转镜法也测量了水中的光速（3/4c），得到了同样结论。这一实验结果与光的波粒二象性相一致而与牛顿的微粒说相矛盾(解释光的折射定律时)，这对光的波动本性的确立在历史上曾起过重要作用。1851年，菲佐用干涉法测量了运动介质中的光速，证实了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
光在空气中的速度：3.0×10^8m/s
光在酒精中的速度：2.2×10^8m/s
上述理论只在19世纪70年代基本准确,在爱因斯坦<<广义相对论>>中,光速是这样阐述的:物体运动接近光速时,时间变得缓慢,当物体运动等于光速时,时间静止,当物体运动超过光速时,时间倒流.这三个推断是19世纪70年代初中期国际天文机构观察探测日食时得以证实,而目前得以证实人类超过光速的机器是俄罗斯时间机器,它可以使当地时间倒退一秒,而耗电量是整个莫斯科市三年的用电量.
E=mc^2推导
第一步：要讨论能量随质量变化，先要从量纲得知思路：
能量量纲[E]=[M]([L]^2)([T]^(-2)),即能量量纲等于质量量纲和长度量纲的平方以及时间量纲的负二次方三者乘积。
我们需要把能量对于质量的函数形式化简到最简，那么就要求能量函数中除了质量，最好只有一个其它的变量。
把([L]^2)([T]^(-2))化简，可以得到只有一个量纲-速度[V_]的形式：
[V_]*[V_]。
也就是[E]=[M][V_]*[V_]
可见我们要讨论质能关系，最简单的途径是从速度v_下手。
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第二步：先要考虑能量的变化
与能量的变化有关的有各种能量形式的转化，其中直接和质量有关的只有做功。
那么先来考虑做功对于能量变化的影响。
当外力F_(后面加_表示矢量，不加表示标量)作用在静止质量为m0的质点上时，每产生ds_（位移s_的微分）的位移，物体能量增加
dE=F_*ds_(*表示点乘)。
考虑最简化的 外力与位移方向相同的情况，上式变成
dE=Fds
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第三步：怎样把力做功和速度v变化联系起来呢？也就是说怎样来通过力的作用效果来得出速度的变化呢？
我们知道力对物体的冲量等于物体动量的增量。那么，通过动量定理，力和能量就联系起来了：
F_dt=dP_=mdv_
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第四步：上式中显然还要参考m质量这个变量，而我们不想让质量的加入把我们力和速度的关系复杂化。我们想找到一种办法约掉m，这样就能得到纯粹的速度和力的关系。
参考dE=Fds和F_dt=dP_，我们知道，v_=ds_/dt
那么可以得到
dE=v_*dP_
如果考虑最简单的形式：当速度改变和动量改变方向相同：
dE=vdP
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第五步：把上式化成能量和质量以及速度三者的关系式（因为我们最初就是要讨论这个形式）：
dE=vd(mv)----因为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
这个式子说明：能量的增量含有质量因速度增加而增加dm产生的能量增量和单纯速度增加产生的能量增量2个部分。（这个观点非常重要，在相对论之前，人们虽然在理论物理推导中认识到质量增加也会产生能量增量，但是都习惯性认为质量不会随运动速度增加而变化，也就是误以为dm恒定为0，这是经典物理学的最大错误之一。）
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第七步：我们不知道质量随速度增加产生的增量dm是怎样的，现在要研究它到底如何随速度增加（也就是质量增量dm和速度增量dv之间的直接关系）：
根据洛仑兹变换推导出的静止质量和运动质量公式：
m=m0[1-(v^2/c^2)]^(-1/2)
化简成整数次幂形式：
m^2=(m0^2)[1-(v^2/c^2)]
化成没有分母而且m和m0分别处于等号两侧的形式（这样就是得到运动质量m对于速度变化和静止质量的纯粹的函数形式）：
(m^2)(c^2-v^2)=(m0^2)c^2
用上式对速度v求导得到dm/dv（之所以要这样做，就是要找到质量增量dm和速度增量dv之间最直接的关系，我们这一步的根本目的就是这个）：
d[(m^2)(c²-v²)]/dv=d[(m0²)c²]/dv(注意式子等号右边是常数的求导,结果为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
约掉公因式2m(肯定不是0，呵呵，运动质量为0？没听说过)
得到：
(dm/dv)(c²-V²)-mv=0
即
(dm/dv)(c^2-V^2)=mv
由于dv不等于0（我们研究的就是非静止的情况，运动系速度对于静止系的增量当然不为0）
(c^2-v^2)dm=mvdv
这就是我们最终得到的dm和dv的直接关系。
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第八步：有了dm的函数，代回到我们第六步的能量增量式
dE=v^2dm+mvdv
=v^2dm+(c^2-v^2)dm
=c^2dm
这就是质能关系式的微分形式，它说明：质量的增量与能量的增量成正比，而且比例系数是常数c^2。
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最后一步：推论出物体从静止到运动速度为v的过程中，总的能量增量：
对上一步的结论进行积分，积分区间取质量从静止质量m0到运动质量m，得到
∫dE=∫[m0~m]c^2dm
即
E=mc^2-m0c^2
这就是 物体从静止到运动速度为v的过程中，总的能量增量。
其中
E0=m0c^2称为物体静止时候的静止能量。
Ev=mc^2称为物体运动时候的总动能（运动总能量）。
总结：对于任何已知运动质量为m的物体，可以用E=mc^2直接计算出它的运动动能。
关于光速
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
光在空气中的速度：3.0×10^8m/s
光在酒精中的速度：2.2×10^8m/s
同学们知道这个速度相对什么说的吧？是介质，而不关心介质的整体，是以什么速度运动。就是说如果测量系以一定速度运动，则光速是测量系速度加光在介质中的速度，至少低速时近似如此，这一点维护相对论的也不否认。
以声音实验为例：空气对地面静止，第1次我们不动测得我们发出的声音1秒钟前进了300米；第二次我们1秒钟匀速后退1米，测得声音距我们301米，得到结论：两次声音相对地面速度不变，相对我们，第一次300米/秒；第2次301米/秒。
换做光实验，同样结果。我们用玻璃介质再做一次，同样结果，我们再做一个我们不动，让玻璃带着光匀速运动的实验，会发现光对玻璃依然是光速，因为它的传递条件没有任何改变，而对我们，光速改变了，是静止光速+玻璃速度。
要么承认光速可变，要么承认声速也是不变的。
相对论在什么情况下有可能可用呢？
爱因斯坦说：任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度c运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”
大学物理中光速不变原理：在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参考系中，所测得的光在真空中的传播速度都是相等的。
可见，大学教材，已经认为非真空的光速可变，但是这样定义带来另一个问题，相对论，只在真空中可用，在通常的大气条件下，不可用，这又让一些相对论的盲目追随者不知所措。同学们想参与科学探讨是好的，要先丰富一下自己知识。

⑻ 如何测量光速

用镜子，电子计时器