4.1 光的直线传播 讲义 2026-2027学年 人教版八年级上册物理

本讲义聚焦光的直线传播核心知识点，先梳理光源的概念及天然、人造分类，再阐述光在同种均匀介质中沿直线传播的规律，包括光线模型、应用实例（小孔成像、影子等），最后介绍光速及光年，通过自学填空、例题精讲等学习支架构建知识脉络。 该资料特色在于融合科学思维与科学态度，“科学精神与担当”部分通过伽利略到迈克尔孙的光速测量史，培养科学探究精神，作图题（圭表成像、井底之蛙）锻炼模型建构能力，小测验结合生活实例（树荫光斑计算太阳直径）提升科学推理。课中辅助教师讲解，课后帮助学生回顾强化，查漏补缺。

4.1 光的直线传播 讲义 ( 学 习目标 ) 1.了解光源，知道光源的分类。 2.理解光沿直线传播及其应用。 3.了解光在真空和空气中的传播速度。 ( 自 学 知识点梳理 ) 阅读本节课教材，参考教材完成教师给出的知识点问题的填空： 知识点1. 光源 能够　 的物体叫做光源。光源可分为　 光源（太阳、水母、萤火虫等）和　 光源（灯泡、火把、点燃的蜡烛）。 知识点2. 光的直线传播 1.光在同种　 介质中 沿直线传播； 2.光线：常用一条带有箭头的直线表示光的传播　 和方向。 3.光沿直线传播的应用：小孔成像、　 的形成、日食、月食、射击瞄准等。 知识点3. 光速 1.真空中光速是宇宙中　 的速度；在计算中，真空或空气中光速c=　 m/s； 2.光的传播速度跟介质的种类有关， 光在　 中速度最大，在气体、液体、固体中都可以传播。 光在水中的速度约为c，光在玻璃中的速度约为c； 3.光年：是光在一年中传播的　 。光年是　 单位。 ( 考点例题精 讲 ) 考点1. 光沿直线传播规律 【例题1】下列现象中能用光沿直线传播解释的是（　　） A. 筷子变“弯” B. 小孔成像 C. 雨后天空彩虹 D. 山在水中的倒影 考点2. 光沿直线传播规律应用 【例题2】关于光现象下列说法正确的是（　　） A．安装电梯时使用的激光垂准仪应用了光沿直线传播的原理 B．通过平静湖面看到飞机飞得越高，湖水中飞机倒影越小，说明物体到平面镜距离越大，像越小 C．光的直线传播、光的反射、光的折射中只有光的反射光路可逆 D．太阳光透过教室中装满水的饮水桶出现了彩色，是由于光的直线传播形成的 ( 对点演 练 ) 【演练1】如图所示现象中，属于光的直线传播形成的是（　　） A．井底之蛙 B．空中彩虹 C．水中倒影 D．古代女子照铜镜 ( 解题方法归纳 ) 1.判断物体是否是光源的方法 区别物体是否是光源，关键要抓住物体本身能不能发光来进行鉴别，不能以为亮的物体就是光源。 鉴别的方法一：把此物体放到绝对黑暗的屋子里去进行鉴别，看它是否发光。 鉴别的方法二：结合化学、物理、生物常识，采用分析、推理的方法加以区别。 2.记忆课节知识思维导图 ( 课时减负课外小测验 ) （满分100分，答题时间45分钟，根据下面给出的试题答案与解析自测自评） 一、选择题（每小题10分，共50分） 1．如图所示的现象中，由光的直线传播形成的是（　　） A．小孔成像 B．水中筷子 C．雨后彩虹 D．水中“倒影” 2. 北京皮影艺术剧院精彩呈现皮影戏《寻找雪姑娘》，如图所示。下列情境中，与皮影戏原理相同的是（　　） A.雨后彩虹 B.树荫下光斑 C.水中倒影 D.筷子弯折 3. 如图所示的光现象中，能用光的直线传播解释的是（　　） A. 小孔成像 B. 水中倒影 C. 海市蜃楼 D. 雨后彩红 4. 在一个烈日炎炎的午后陈老师走在随州街头，看到地面上树荫里有许多圆形光斑，抬头看看树叶间刺眼的阳光，想到这树荫下藏着物理学的秘密，便拍下两张照片（如图）。经估测树荫下一个清晰光斑的直径约为7cm，这束阳光从约7m高处的树叶间照射下来。我们常说太阳光经过约8分钟来到地球（太阳和地球之间的距离按1.5×1011m计算），粗略计算太阳的直径最接近（　　） A. 1.5×109m B. 1.5×1019m C. 5×106m D. 5×1012m 5. 图是我国古代的一种计时工具——日晷，人们通过观察直杆在太阳下影子的位置来计时。影子的形成是由于（　　） A. 光的直线传播 B. 光的反射 C. 平面镜成像 D. 光的折射 二、填空题（每空5分，共20分） 1.现有（1）小孔成像；（2）立竿见影；（3）海市蜃楼；（4）水中倒影四个光现象。其中能用光的直线传播规律解释的是_______（填序号）。请你再举出一个光的直线传播现象的实例_________。 2. 早在公元前4世纪，墨家就做过小孔成像的实验，该实验的原理是光的__________，像是________（选填“倒立”或“正立”）的。 三、作图题（每小题10分，共30分） 1. “圭表”是我国古代先进的天文观测仪器，根据“表”在“圭”面上形长的变化就能知道时节的更替。元代天文学家郭守敬改进和创新了“圭表”（如图甲），国乙是其示意图。他在“表”上方加一根架空的横梁，在“圭”面上放置一个可移动的景符（有小孔的铜片）。他利用改进后的“圭表”，精确推算出了二十四节气和一回归年天数。请根据以上资料在图乙中画出横梁通过景符的小孔在“圭”面上所成的影像，并标明两条光线的传播方向。 2.“井底之蛙”这个成语大家都很熟悉。请你根据所学知识画图说明为什么“坐井观天，所见甚小”。（A点代表没有水的枯井底部青蛙所在位置，用阴影表示青蛙能够看到天的范围） 3. 如图，PQ为一光屏，M、N是两个挡板，S是光源，试在PQ上确定光源S能照亮的范围。 ( 科学精神与担当 ) 光速的测量方法 一、伽利略的测量 在古希腊时代，对于光速的数量级，人们并不是很清楚。一些科学家，比如亚里士多德，甚至认为光速是无限大的。更好玩的是，有人认为：光是从眼睛中发射出来的，我们一睁眼就能看到遥远的星星，所以光速一定是无限大的。文艺复兴之后，近代科学的先驱伽利略做了第一个测量光速的实验，当时是1638年。 伽利略和他的助手站在两个相隔较远的山头上，每个人手里拿着一盏灯。伽利略首先遮住灯，助手看到伽利略遮住灯之后，立刻遮住自己的灯。伽利略的设想是测量从遮住灯到看到助手遮住灯相差的时间，这段时间内，光刚好在两人之间传播了一个来回，这样就可以测出光速了。然而，光速如此之快，以至于这个实验根本不可能测出光速。如果不计两人的反应时间和遮住灯的时间，光传播这段距离的时间只需要几微秒，以当时的设备条件无法完成测量。伽利略也承认，他没有通过这个实验测出光速，也没有判断出光速是有限的还是无限的。不过，伽利略说：“即便光速是有限的，也一定快到不可思议。” 二、利用木星测光速 真正意义上的光速测量是从丹麦天文学家奥勒·罗默开始的。 1610年，伽利略利用自己改进的望远镜发现了木星的四颗卫星，其中木卫一最靠近木星，每42.5小时绕木星一圈。而且，木卫一的轨道平面非常接近木星绕太阳公转的轨道，所以，有时候木卫一会转到木星背面，太阳的光无法照射到木卫一，地球上的人就看不到这颗卫星了，称为木卫一蚀。 我们来看一个示意图，地球绕着太阳A在圆轨道FGLK上逆时针运动，木卫一绕着木星B也在逆时针运动。木星背后CD之间是木星的阴影区，如果木卫一进入这部分阴影，太阳光照射不到它，人们就无法看到它。也就是说，当木卫一到达C点时就会消失，称为“消踪”，如果木卫一从阴影出来，就能够被人观察到，也就是木卫一到达D点时就会出现，称为“现踪”。罗默就是利用这个现象测量光速的。首先，我们研究地球靠近木星时发生的消踪和现踪现象。当木卫一到达C点时进入阴影，这个现象的光需要传播一段距离才能到达地球。假设光从C传播到地球时地球位于F点，那么人们观察到消踪现象就比木卫一进入阴影时间晚了一些，这段时间等于CF长度与光速之比。当木卫一到达D点时走出阴影，重新反射太阳光。这个现象也需要一段时间才能到达地球。由于地球在运动，假设这束光到达地球时地球位于G点，那么，人们观察到现踪现象也比木卫一走出阴影时间晚了一些，这段时间等于DG长度与光速之比。但是，由于CF比DG长，所以消踪现象延迟比现踪现象延迟多一些，即晚发现消踪，早发现现踪。消踪与现踪的时间间隔比木卫一在阴影中的时间要短。我们可以用一个线段图表示这个关系。 同样，我们可以讨论地球远离木星时的消踪和现踪现象。如果地球到达L发现木星消踪，到达K发现木星现踪，由于地球在远离木星，所以LC的长度小于KD的长度，早发现消踪，晚发现现踪，人们观察到消踪和现踪的时间间隔就会比木卫一实际在木星阴影中的时间长。1671年到1673年，罗默进行了多次观测，并且得出在地球远离木星时，消踪、现踪时间差比靠近时长了7分钟，并得出了光的速度在108m/s量级的结论。牛顿和惠更斯这两位科学巨匠虽然在光到底是粒子还是波的问题上争执不休，但是在光速测量上都支持了罗默的方法。牛顿还测量了光从太阳发射到地球需要8分钟的时间，也就是说：我们看到的太阳是8分钟以前的太阳。 三、迈克尔孙和傅科实验 200年之后，第一个把光速测量精度大幅提高的人是美国物理学家迈克尔孙。 1877到1879年，迈克尔孙改进了傅科发明的旋转镜，示意图如下： 迈克尔孙测量光速装置示意图 迈克尔孙在相隔较远的两处分别放置八面镜M1和反射装置M2M3，让一束光经过八面镜中的镜面1反射后发出，再通过M2和M3反射回八面镜，经过镜面3反射后进入观察目镜。只有在如图所示的位置时，观察目镜处才会有光。如果八面镜转动一点，经过界面1反射的光就无法照射到M2，观察目镜上就看不到光了。 如果让八面镜旋转起来，并且角速度逐渐增大，会发现某个角速度下又可以从观察目镜中看到光了。这是因为界面1刚好倾斜45度角时，光线经过界面1反射到达M2，再返回八面镜时，八面镜刚好转动一格（1/8周期），于是界面2刚好跑到图中镜面3的位置，将光线反射进入观察目镜。由于视觉暂留现象，观察目镜中就好像一直可以看到光。 假设左右两套装置相距为L，当八面镜转动周期为T时，可以从观察镜中看到光，由于L远远大于其它部分的长度，所以光从界面1反射到左侧，再回到八面镜走过的距离近似为S=2L 根据刚才的分析，光来回运动一次，八面镜刚好走过1格，时间t=T/8 因此光的速度为 根据这个原理，迈克尔孙测出光的速度为299853±60km/s，与我们今天测量的更加精确的值非常接近。 现在，人们使用更加精确的方法测出光在真空中的速度为299792458m/s，并且利用光速来定义“米”的概念。1米就等于光在真空中传播299792458分之一秒内传播的距离。如果距离非常大，人们就使用光年的概念：1光年等于光在一年时间里走过的距离，大约9.5×1015m。我们能看到几百万光年之外的恒星，那是因为那些恒星早在几百万年前就开始发光了，直到今天它们发出的光才到达地球。换句话说，我们看到的是它们几百万年前的样子，今天它还存在不存在，还是个未知数呢！ 4.1 光的直线传播 讲义 ( 学 习目标 ) 1.了解光源，知道光源的分类。 2.理解光沿直线传播及其应用。 3.了解光在真空和空气中的传播速度。 ( 自 学 知识点梳理 ) 阅读本节课教材，参考教材完成教师给出的知识点问题的填空： 知识点1. 光源 能够发光的物体叫做光源。光源可分为天然光源（太阳、水母、萤火虫等）和人造光源（灯泡、火把、点燃的蜡烛）。 知识点2. 光的直线传播 1.光在同种均匀介质中 沿直线传播； 2.光线：常用一条带有箭头的直线表示光的传播径迹和方向。 3.光沿直线传播的应用：小孔成像、影子的形成、日食、月食、射击瞄准等。 知识点3. 光速 1.真空中光速是宇宙中最快的速度；在计算中，真空或空气中光速c=3×108m/s； 2.光的传播速度跟介质的种类有关， 光在真空中速度最大，在气体、液体、固体中都可以传播。 光在水中的速度约为c，光在玻璃中的速度约为c； 3.光年：是光在一年中传播的距离。光年是长度单位。 ( 考点例题精 讲 ) 考点1. 光沿直线传播规律 【例题1】下列现象中能用光沿直线传播解释的是（　　） A. 筷子变“弯” B. 小孔成像 C. 雨后天空彩虹 D. 山在水中的倒影 【答案】B 【解析】A．筷子变“弯”是光由水斜射入空气时发生折射形成的，是光的折射现象，故A不符合题意； B．小孔成像，是由光沿直线传播形成的，故B符合题意； C．雨后天空中彩虹，是光照射到空气中的小水滴上发生的折射现象，故C不符合题意； D．山在水中的倒影，是平面镜成像，属于光的反射现象，故D不符合题意。 故选B。 考点2. 光沿直线传播规律应用 【例题2】关于光现象下列说法正确的是（　　） A．安装电梯时使用的激光垂准仪应用了光沿直线传播的原理 B．通过平静湖面看到飞机飞得越高，湖水中飞机倒影越小，说明物体到平面镜距离越大，像越小 C．光的直线传播、光的反射、光的折射中只有光的反射光路可逆 D．太阳光透过教室中装满水的饮水桶出现了彩色，是由于光的直线传播形成的 【答案】A 【解析】A．由于光在同种均匀介质中是沿直线传播的，所以安装电梯时可以使用激光垂准仪校准，A符合题意； B．根据平面镜成像规律可知，像和物关于平面镜对称，物体的大小不变，平面镜所成像的大小也不变，所以飞机飞得越高，物距越大，像距也随之变大，但湖水中飞机像的大小不变，B不符合题意； C．光的直线传播、光的反射、光的折射，三种光现象中，光路均是可逆的，C不符合题意； D．太阳光透过教室中装满水的饮水桶出现了彩色，是由于光的色散形成的，其实质是光的折射，D不符合题意。 故答案为：A。 ( 对点演 练 ) 【演练1】如图所示现象中，属于光的直线传播形成的是（　　） A．井底之蛙 B．空中彩虹 C．水中倒影 D．古代女子照铜镜 【答案】A 【解析】A.井底之蛙，这是由于光是由直线传播的，只能看到头顶的一片天，故A符合题意； B.天空中出现的彩虹是光的色散现象，属于光的折射，故B不合题意； C.水中的倒影是平面镜成像，属于光的反射现象，故C不合题意； D.铜镜中的像是平面镜成像，是由于光的反射形成的，故D不合题意。 ( 解题方法归纳 ) 1.判断物体是否是光源的方法 区别物体是否是光源，关键要抓住物体本身能不能发光来进行鉴别，不能以为亮的物体就是光源。 鉴别的方法一：把此物体放到绝对黑暗的屋子里去进行鉴别，看它是否发光。 鉴别的方法二：结合化学、物理、生物常识，采用分析、推理的方法加以区别。 2.记忆课节知识思维导图 ( 课时减负课外小 测 验 ) （满分100分，答题时间45分钟，根据下面给出的试题答案与解析自测自评） 一、选择题（每小题10分，共50分） 1．如图所示的现象中，由光的直线传播形成的是（　　） A．小孔成像 B．水中筷子 C．雨后彩虹 D．水中“倒影” 【答案】A 【解析】（1）光在同种均匀物质中沿直线传播，在日常生活中，小孔成像、日食、月食、影子的形成等都表明光在同一种均匀介质中是沿直线传播的； （2）当光照射到物体界面上时，有一部分光被反射回来，例如：平面镜成像、水中倒影等； （3）光线在同种不均匀介质中传播或者从一种介质斜射入另一种介质时，就会出现光的折射现象，例如水池底变浅、水中筷子变弯、海市蜃楼、凸透镜成像等都是光的折射形成的。 A.小孔成像是由光的直线传播形成的现象，故A符合题意； B.插入水中的筷子看起来向上弯折了，属于光的折射现象，故B不符合题意； C.雨过天晴时，太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射以后，分成各种彩色光，形成彩虹，是色散现象，故C不符合题意； D.景物在水中形成倒影属于光的反射现象，故D不符合题意。 2. 北京皮影艺术剧院精彩呈现皮影戏《寻找雪姑娘》，如图所示。下列情境中，与皮影戏原理相同的是（　　） A.雨后彩虹 B.树荫下光斑 C.水中倒影 D.筷子弯折 【答案】B 【解析】A．皮影戏原理是光的直线传播形成的，而雨后彩虹是光的色散现象，故A不符合题意； B．树荫下的光斑是光的直线传播形成的，与皮影戏的原理一样，故B符合题意； C．水中倒影，平面镜成像，是光的反射现象，与皮影戏原理不同，故C不符合题意； D．筷子弯折，是光的折射现象，与皮影戏的原理不同，故D不符合题意。故选B。 3. 如图所示的光现象中，能用光的直线传播解释的是（　　） A. 小孔成像 B. 水中倒影 C. 海市蜃楼 D. 雨后彩红 【答案】A 【解析】A．小孔成像是光在同种均匀介质中沿直线传播形成的倒立实像，故A符合题意； B．水中倒影是平面镜成像，属于光的反射，故B不符合题意； C．海市蜃楼是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像，故C不符合题意； D．雨后彩虹是太阳光经水珠折射形成的七种色光的混合物，故D不符合题意。故选A。 4. 在一个烈日炎炎的午后陈老师走在随州街头，看到地面上树荫里有许多圆形光斑，抬头看看树叶间刺眼的阳光，想到这树荫下藏着物理学的秘密，便拍下两张照片（如图）。经估测树荫下一个清晰光斑的直径约为7cm，这束阳光从约7m高处的树叶间照射下来。我们常说太阳光经过约8分钟来到地球（太阳和地球之间的距离按1.5×1011m计算），粗略计算太阳的直径最接近（　　） A. 1.5×109m B. 1.5×1019m C. 5×106m D. 5×1012m 【答案】A 【解析】因为光斑的直径和小孔的位置所构成的三角形，与太阳的直径和小孔的位置所构成的三角形，是相似三角形，相似三角形的对应边成正比例，设太阳直径为n米，光斑的直径为，则有 解得，故选A。 5. 图是我国古代的一种计时工具——日晷，人们通过观察直杆在太阳下影子的位置来计时。影子的形成是由于（　　） A. 光的直线传播 B. 光的反射 C. 平面镜成像 D. 光的折射 【答案】A 【解析】A．影子的形成是是由于光的直线传播形成的，故A符合题意； B．光照射到物体表面时，会发生反射，影子的形成与反射无关，故B不符合题意； C．平面镜成像原理是光的反射，倒影的形成原理一般是平面镜成像，故C不符合题意； D．光的折射是光从一种介质斜射入另外一种介质中，在界面处发生偏折的过程，此题就没有涉及多种介质，故不是光的折射，故D不符合题意。故选A。 二、填空题（每空5分，共20分） 1.现有（1）小孔成像；（2）立竿见影；（3）海市蜃楼；（4）水中倒影四个光现象。其中能用光的直线传播规律解释的是_______（填序号）。请你再举出一个光的直线传播现象的实例_________。 【答案】（1）（2）.激光准直、日食和月食等（选一个即可，其他正确也给分）。 【解析】光在同种、均匀、透明介质中沿直线传播，产生的现象有小孔成像、激光准直、影子的形成、日食和月食等；小孔成像说明光是沿直线传播的，立竿见影属于影子的形成，说明光是沿直线传播的；光线传播到两种介质的表面上时会发生光的反射现象，例如水面上出现岸上物体的倒影、平面镜成像、玻璃等光滑物体反光都是光的反射形成的；光线在同种不均匀介质中传播或者从一种介质进入另一种介质时，就会出现光的折射现象，例如水池底变浅、水中筷子变弯、海市蜃楼、凸透镜成像等都是光的折射形成的。 2. 早在公元前4世纪，墨家就做过小孔成像的实验，该实验的原理是光的__________，像是________（选填“倒立”或“正立”）的。 【答案】 直线传播 倒立 【解析】我国著名思想家墨子和他的学生用“小孔成像”实验，解释了光是沿直线传播的。小孔成像所成的像是由实际光线会聚成的，是倒立的实像。 三、作图题（每小题10分，共30分） 1. “圭表”是我国古代先进的天文观测仪器，根据“表”在“圭”面上形长的变化就能知道时节的更替。元代天文学家郭守敬改进和创新了“圭表”（如图甲），国乙是其示意图。他在“表”上方加一根架空的横梁，在“圭”面上放置一个可移动的景符（有小孔的铜片）。他利用改进后的“圭表”，精确推算出了二十四节气和一回归年天数。请根据以上资料在图乙中画出横梁通过景符的小孔在“圭”面上所成的影像，并标明两条光线的传播方向。 【答案】如图所示 【解析】光线照射到横梁上，由于光线沿直线传播，光线通过景符上的小孔，照射到“圭”面上，这是小孔成像，在“圭”上形成横梁的像。如图所示。 2.“井底之蛙”这个成语大家都很熟悉。请你根据所学知识画图说明为什么“坐井观天，所见甚小”。（A点代表没有水的枯井底部青蛙所在位置，用阴影表示青蛙能够看到天的范围） 【答案】如下图阴影部分所示： 。 【解析】根据光在同种均匀介质中是沿直线传播的画出边缘的两条光线，即青蛙看到的范围。 图中A点是青蛙的位置，将A点与井口左边的端点和井口右边的端点相连成一直线，然后在直线上标出箭头，即得到两条射向青蛙眼睛的光线，这两条光线就决定了青蛙的观察范围。 3. 如图，PQ为一光屏，M、N是两个挡板，S是光源，试在PQ上确定光源S能照亮的范围。 【答案】如图所示。 【解析】由于光在同种均匀介质中是沿直线传播的，故从S发出的光经过M的最下端和N的最上端，照在PQ上的范围就是光源S能照亮的范围。 ( 科学精神与担当 ) 光速的测量方法 一、伽利略的测量 在古希腊时代，对于光速的数量级，人们并不是很清楚。一些科学家，比如亚里士多德，甚至认为光速是无限大的。更好玩的是，有人认为：光是从眼睛中发射出来的，我们一睁眼就能看到遥远的星星，所以光速一定是无限大的。文艺复兴之后，近代科学的先驱伽利略做了第一个测量光速的实验，当时是1638年。 伽利略和他的助手站在两个相隔较远的山头上，每个人手里拿着一盏灯。伽利略首先遮住灯，助手看到伽利略遮住灯之后，立刻遮住自己的灯。伽利略的设想是测量从遮住灯到看到助手遮住灯相差的时间，这段时间内，光刚好在两人之间传播了一个来回，这样就可以测出光速了。然而，光速如此之快，以至于这个实验根本不可能测出光速。如果不计两人的反应时间和遮住灯的时间，光传播这段距离的时间只需要几微秒，以当时的设备条件无法完成测量。伽利略也承认，他没有通过这个实验测出光速，也没有判断出光速是有限的还是无限的。不过，伽利略说：“即便光速是有限的，也一定快到不可思议。” 二、利用木星测光速 真正意义上的光速测量是从丹麦天文学家奥勒·罗默开始的。 1610年，伽利略利用自己改进的望远镜发现了木星的四颗卫星，其中木卫一最靠近木星，每42.5小时绕木星一圈。而且，木卫一的轨道平面非常接近木星绕太阳公转的轨道，所以，有时候木卫一会转到木星背面，太阳的光无法照射到木卫一，地球上的人就看不到这颗卫星了，称为木卫一蚀。 我们来看一个示意图，地球绕着太阳A在圆轨道FGLK上逆时针运动，木卫一绕着木星B也在逆时针运动。木星背后CD之间是木星的阴影区，如果木卫一进入这部分阴影，太阳光照射不到它，人们就无法看到它。也就是说，当木卫一到达C点时就会消失，称为“消踪”，如果木卫一从阴影出来，就能够被人观察到，也就是木卫一到达D点时就会出现，称为“现踪”。罗默就是利用这个现象测量光速的。首先，我们研究地球靠近木星时发生的消踪和现踪现象。当木卫一到达C点时进入阴影，这个现象的光需要传播一段距离才能到达地球。假设光从C传播到地球时地球位于F点，那么人们观察到消踪现象就比木卫一进入阴影时间晚了一些，这段时间等于CF长度与光速之比。当木卫一到达D点时走出阴影，重新反射太阳光。这个现象也需要一段时间才能到达地球。由于地球在运动，假设这束光到达地球时地球位于G点，那么，人们观察到现踪现象也比木卫一走出阴影时间晚了一些，这段时间等于DG长度与光速之比。但是，由于CF比DG长，所以消踪现象延迟比现踪现象延迟多一些，即晚发现消踪，早发现现踪。消踪与现踪的时间间隔比木卫一在阴影中的时间要短。我们可以用一个线段图表示这个关系。 同样，我们可以讨论地球远离木星时的消踪和现踪现象。如果地球到达L发现木星消踪，到达K发现木星现踪，由于地球在远离木星，所以LC的长度小于KD的长度，早发现消踪，晚发现现踪，人们观察到消踪和现踪的时间间隔就会比木卫一实际在木星阴影中的时间长。1671年到1673年，罗默进行了多次观测，并且得出在地球远离木星时，消踪、现踪时间差比靠近时长了7分钟，并得出了光的速度在108m/s量级的结论。牛顿和惠更斯这两位科学巨匠虽然在光到底是粒子还是波的问题上争执不休，但是在光速测量上都支持了罗默的方法。牛顿还测量了光从太阳发射到地球需要8分钟的时间，也就是说：我们看到的太阳是8分钟以前的太阳。 三、迈克尔孙和傅科实验 200年之后，第一个把光速测量精度大幅提高的人是美国物理学家迈克尔孙。 1877到1879年，迈克尔孙改进了傅科发明的旋转镜，示意图如下： 迈克尔孙测量光速装置示意图 迈克尔孙在相隔较远的两处分别放置八面镜M1和反射装置M2M3，让一束光经过八面镜中的镜面1反射后发出，再通过M2和M3反射回八面镜，经过镜面3反射后进入观察目镜。只有在如图所示的位置时，观察目镜处才会有光。如果八面镜转动一点，经过界面1反射的光就无法照射到M2，观察目镜上就看不到光了。 如果让八面镜旋转起来，并且角速度逐渐增大，会发现某个角速度下又可以从观察目镜中看到光了。这是因为界面1刚好倾斜45度角时，光线经过界面1反射到达M2，再返回八面镜时，八面镜刚好转动一格（1/8周期），于是界面2刚好跑到图中镜面3的位置，将光线反射进入观察目镜。由于视觉暂留现象，观察目镜中就好像一直可以看到光。 假设左右两套装置相距为L，当八面镜转动周期为T时，可以从观察镜中看到光，由于L远远大于其它部分的长度，所以光从界面1反射到左侧，再回到八面镜走过的距离近似为S=2L 根据刚才的分析，光来回运动一次，八面镜刚好走过1格，时间t=T/8 因此光的速度为 根据这个原理，迈克尔孙测出光的速度为299853±60km/s，与我们今天测量的更加精确的值非常接近。 现在，人们使用更加精确的方法测出光在真空中的速度为299792458m/s，并且利用光速来定义“米”的概念。1米就等于光在真空中传播299792458分之一秒内传播的距离。如果距离非常大，人们就使用光年的概念：1光年等于光在一年时间里走过的距离，大约9.5×1015m。我们能看到几百万光年之外的恒星，那是因为那些恒星早在几百万年前就开始发光了，直到今天它们发出的光才到达地球。换句话说，我们看到的是它们几百万年前的样子，今天它还存在不存在，还是个未知数呢！ www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页） ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $