快速导航×

小成本大制作,理工男的科学梦,手把手教你测光速发表于: 2021-11-18 01:06
本文摘要:今天我要带着大家自己动手丈量光速,是不是感受到应该很难?不用说丈量光速,纵然是丈量一个从楼上扔下来的篮球的下落速度,也不是一件简朴的事情。但亲自动手去丈量一下,正是科学最具魅力的地方之一。究竟,纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。图一、国际尺度米1、选择信号源(光源)我们今天要丈量的是电磁波的速度。 之所以没有选择可见光,是因为丈量可见光的速度需要一些比力珍贵的光学设备,成本有些高。

乐鱼官网入口

今天我要带着大家自己动手丈量光速,是不是感受到应该很难?不用说丈量光速,纵然是丈量一个从楼上扔下来的篮球的下落速度,也不是一件简朴的事情。但亲自动手去丈量一下,正是科学最具魅力的地方之一。究竟,纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。图一、国际尺度米1、选择信号源(光源)我们今天要丈量的是电磁波的速度。

之所以没有选择可见光,是因为丈量可见光的速度需要一些比力珍贵的光学设备,成本有些高。如果您手里恰好有一架天文望远镜,有时机可以带您做些高端丈量,甚至还可以发现宇宙膨胀的证据——红移。图二、种种家用电器如今是电和磁的时代,家里的电磁波信号源有许多,好比:手机、微波炉、冰箱、洗衣机、热水器无线路由器等等。

这些设备在事情的时候,都市释放出电磁波。麦克斯韦电磁理论告诉我们,光也是电磁波的一种,真空中所有的电磁波速度都一样,它们之间的区别仅仅是频率差别。

我们这里推荐您使用微波炉作为信号源。这是因为其它电器设备数量太多,会对丈量的历程造成滋扰,提高了丈量的难度。

而微波炉差别,只要不是做饭时间,微波炉一般不会开,而且,微波炉的事情状况更容易控制,其功率较大,容易探测。最重要的一点是,微波炉的电磁波频率是确定的,在产物铭牌上就有标注。图三、正在事情的微波炉2、天线制作天线的形状有许多,卫星锅、梳子状、鞭状,等等,我们这里就选择最简朴的偶极天线,用两根细铜丝靠在一起,中间留个漏洞就可以了,这个线我们可以选细一点的绝缘线来做就可以了,见图四。

当微波炉发出的电磁波的电场,其振动偏向与两根横向的天线偏向平行时,裸露的那部门导线中的电子就会被加速,运动到左边。这样在漏洞处,左边就会多余出正离子,而右边的铜线就会多出负电子。这样在天线漏洞的两头就有了一个电压差。

图四、偶极天线当电磁波的震荡酿成下半个周期的时候,与前面的情况相反,会在左边多出负离子,而右边多出正离子。这样,我们就能在天线的下端的导线上检测到一个微弱的电压振荡信号。我们接下来要做的是把这个振荡的电压信号用一个电路给放大出来。

图五、偶极天线上的感应电压3、放大电路从微波炉上的铭牌我们可以相识到微波炉的事情频率,以2.45G为例,这意味着,天线上吸收到的电压颠簸,每秒重要交变2.45*10^9次,很显然,我们直接丈量这个电压基本上是不行能的。岂论是用交流还是直流电压表,都跟不上这个速度,只能获得一个平均值为零的读数。图六、小信号开关二极管1N4148为了实现这个微弱的感应电压的丈量,我们需要做两步。

第一,在漏洞之间毗连一个高频二极管,型号是1N4148(某宝上几块钱100个),二极管的作用是单向导通,正向的电流能通过,反向的电流不能通过。这样我们就能获得一个被放大的单向电压信号。图7、电阻第二步,经由第一步获得的电压信号仍然比力弱,需要对它举行进一步的放大。

这里我们使用最常用的运算放大器LM358(某宝上1块钱1个)来完成。这个放大器可以完成的功效是发生一个与输入电压成正比的输出电压。其放大倍数在几千倍。这里对于LM358运放的事情原理我就不多做解释了,有兴趣的小同伴您可以自行查找一下资料,我相信列位检索信息的能力。

图八、丈量电路4、动手实践质料清单:LM358运算放大器一个,这个运放中集成了两路运放,我们只使用其中的一路;电阻、电解电容器、导线、直流电源(5~10V均可)、万用表、面包板。器件毗连:将上述质料,根据图中的电路图组装好。电路检测:用万用表对电路中的各个点举行丈量,确保所以结点毗连正常,确保运放可以获取到正确的电源电压。

图九、万用表开始丈量:电路做好之后,拿掉微波炉中的转盘,放入一碗水,把微波炉的功率开到最大。这几步的意义很是大,拿掉转盘,是为了让微波在空间中漫衍稳定;放入一碗水,是为了吸收电磁波,防止微波炉烧毁;把功率开到最大,是为了让微波炉连续事情。接下来,我们要把做好的电路靠近微波炉的门,这个门虽然有一层金属网用于防止微波泄露,可是也仍旧是有泄露的。

现在让我们首先旋转天线的偏向,让万用表的读数出现一个最大值,详细的数值与您电路中的电阻、输入电压、天线长度都有关系,但会低于输入电压值。接下来,向远处缓慢移动天线,我们就能获得房间中差别位置的微波炉辐射强度。

图十、天线的感应历程5、丈量光速我们凭据光速的公式:光速=频率×波长,可以知道,在丈量中,我们实际需要检测的波长,因为微波炉的频率已经在铭牌上给出了。现在,我们在微波炉的前方,放置一块金属板。这个金属板的作用是将微波炉发出的电磁波反射回去,与微波炉发出的电磁波之间干预干与,形成驻波。图十一、驻波这样在金属板与微波炉之间的空间中,电磁波的空间漫衍就发生了变化,是出射波与反射波的叠加。

驻波的特点是,在空间中,位置为二分之一波长整数倍的位置,其振动能量最大;而位置为四分之一波长整数倍的位置,其振动为零。相邻的两处振动为零或者是振动极大值点的间距即为二分之一波长的值。把这个数值乘以2,再代入光速公式我们就能获得光速的值啦。图十二、旋转棱镜法丈量光速6、实验中的注意事项第一,放置金属板的位置不用很远,1米左右就可以,注意调整金属板的位置,用我们搭建好的电路举行监控,选择能让驻波极化泛起最大值和最小值的位置。

第二,在实验中要缓慢移动天线的位置,并做准确记载,由于我们这个实验中相邻两个最大极值点的位置只有几厘米,所以要在提高丈量精度上下功夫。因为每一个毫米级的误差都市被放大10^9倍。有条件的可以把光具座改装成一个大的游标卡尺来提高丈量精度。图十三、游标卡尺第三、为了提高实验精度,可以丈量多个峰值点之间的距离除以距离数量获得半波长的数值,然后再通过多次丈量求平均值的措施,进一步淘汰实验中的误差。

第四、注意宁静。究竟我们使用微波炉作为信号源,同时还是事情在最大功率下,这个还是有一定的风险的,操作的时候,不要让一次实验的事情时间过长,控制在几分钟之内就好。等微波炉冷却下来,再举行下一次丈量。

图十四、爱因斯坦竣事语——实验出真知本文先容了一种使用简朴工具丈量光速的方法,大家不要以为这么简朴的方法,丈量效果就是禁绝确的。事实上这个方法获得的数值要比爱因斯坦揭晓狭义相对论,把光速稳定升级为基本原理谁人年月,科学家们丈量获得的光速值的精度,高两个数量级以上。


本文关键词:小,成本,大,乐鱼言方网站,制作,理工,男的,科学,梦,手把手

本文来源:乐鱼官网入口-www.jl-chunpao.com

乐鱼官网入口-乐鱼言方网站
TOP
导航 电话 短信 咨询 地图 主页