光速測(cè)量

光速測(cè)量

光速的測(cè)定 光速的測(cè)定在光學(xué)的發(fā)展史上具有非常特殊而重要的意義。它不僅推動(dòng)了光學(xué)實(shí)驗(yàn)，也打破了光速無(wú)限的傳統(tǒng)觀念;在物理學(xué)理論研究的發(fā)展里程中，它不僅為粒子說和波動(dòng)說的爭(zhēng)論提供了判定的依據(jù)，而且最終推動(dòng)了愛因斯坦相對(duì)論理論的發(fā)展。

在光速的問題上物理學(xué)界曾經(jīng)產(chǎn)生過爭(zhēng)執(zhí)，開普勒和笛卡爾都認(rèn)為光的傳播不需要時(shí)間，是在瞬時(shí)進(jìn)行的。

但伽利略認(rèn)為光速雖然傳播得很快，但卻是可以測(cè)定的。1607年，伽利略進(jìn)行了最早的測(cè)量光速的實(shí)驗(yàn)。伽利略的方法是，讓兩個(gè)人分別站在相距一英里的兩座山上，每個(gè)人拿一個(gè)燈，**個(gè)人先舉起燈，當(dāng)?shù)诙€(gè)人看到**個(gè)人的燈時(shí)立即舉起自己的燈，從**個(gè)人舉起燈到他看到第二個(gè)人的燈的時(shí)間間隔就是光傳播兩英里的時(shí)間。但由于光速傳播的速度實(shí)在是太快了，這種方法根本行不通。

但伽利略的實(shí)驗(yàn)揭開了人類歷史上對(duì)光速進(jìn)行研究的序幕。1676年，丹麥天文學(xué)家羅麥**次提出了有效的光速測(cè)量方法。他在觀測(cè)木星的衛(wèi)星的隱食周期時(shí)發(fā)現(xiàn)：在一年的不同時(shí)期，它們的周期有所不同;在地球處于太陽(yáng)和木星之間時(shí)的周期與太陽(yáng)處于地球和木星之間時(shí)的周期相差十四五天。

他認(rèn)為這種現(xiàn)象是由于光具有速度造成的，而且他還推斷出光跨越地球軌道所需要的時(shí)間是22分鐘。1676年9月，羅麥預(yù)言預(yù)計(jì)11月9日上午5點(diǎn)25分45秒發(fā)生的木衛(wèi)食將推遲10分鐘。巴黎天文臺(tái)的科學(xué)家們懷著將信將疑的態(tài)度，觀測(cè)并最終證實(shí)了羅麥的預(yù)言。

羅麥的理論沒有馬上被法國(guó)科學(xué)院接受，但得到了**科學(xué)家惠更斯的贊同。惠更斯根據(jù)他提出的數(shù)據(jù)和地球的半徑**次計(jì)算出了光的傳播速度：214000千米/秒。雖然這個(gè)數(shù)值與目前測(cè)得的最**的數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)，但他啟發(fā)了惠更斯對(duì)波動(dòng)說的研究;更重要的是這個(gè)結(jié)果的錯(cuò)誤不在于方法的錯(cuò)誤，只是源于羅麥對(duì)光跨越地球的時(shí)間的錯(cuò)誤推測(cè)，現(xiàn)代用羅麥的方法經(jīng)過各種校正后得出的結(jié)果是298000千米/秒，很接近于現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室所測(cè)定的**數(shù)值。

1725年，英國(guó)天文學(xué)家布萊德雷發(fā)現(xiàn)了恒星的“光行差”現(xiàn)象，以意外的方式證實(shí)了羅麥的理論。剛開始時(shí)，他無(wú)法解釋這一現(xiàn)象，直到1728年，他在坐船時(shí)受到風(fēng)向與船航向的相對(duì)關(guān)系的啟發(fā)，認(rèn)識(shí)到光的傳播速度與地球公轉(zhuǎn)共同引起了“光行差”的現(xiàn)象。他用地球公轉(zhuǎn)的速度與光速的比例估算出了太陽(yáng)光到達(dá)地球需要8分13秒。這個(gè)數(shù)值較羅麥法測(cè)定的要**一些。

菜德雷測(cè)定值證明了羅麥有關(guān)光速有限性的說法。光速的測(cè)定，成了十七世紀(jì)以來(lái)所展開的關(guān)于光的本性的爭(zhēng)論的重要依據(jù)。但是，由于受當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的局限，科學(xué)家們只能以天文方法測(cè)定光在真空中的傳播速度，還不能解決光受傳播介質(zhì)影響的問題百科，所以關(guān)于這一問題的爭(zhēng)論始終懸而未決。十八世紀(jì)，科學(xué)界是沉悶的，光學(xué)的發(fā)展幾乎處于停滯的狀態(tài)。

繼布萊德雷之后，經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的醞釀，到了十九世紀(jì)中期，才出現(xiàn)了新的科學(xué)家和新的方法來(lái)測(cè)量光速。1849年，法國(guó)人菲索**次在地面上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)定光速。他的方法原理與伽利略的相類似。他將一個(gè)點(diǎn)光源放在透鏡的焦點(diǎn)處，在透鏡與光源之間放一個(gè)齒輪，在透鏡的另一測(cè)較遠(yuǎn)處依次放置另一個(gè)透鏡和一個(gè)平面鏡，平面鏡位于第二個(gè)透鏡的焦點(diǎn)處。

點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過齒輪和透鏡后變成平行光，平行光經(jīng)過第二個(gè)透鏡后又在平面鏡上聚于一點(diǎn)，在平面鏡上反射后按原路返回。由于齒輪有齒隙和齒，當(dāng)光通過齒隙時(shí)觀察者就可以看到返回的光，當(dāng)光恰好遇到齒時(shí)就會(huì)被遮住。從開始到返回的光**次消失的時(shí)間就是光往返一次所用的時(shí)間，根據(jù)齒輪的轉(zhuǎn)速，這個(gè)時(shí)間不難求出。

通過這種方法，菲索測(cè)得的光速是315000千米/秒。由于齒輪有一定的寬度，用這種方法很難**的測(cè)出光速。1850年，法國(guó)物理學(xué)家傅科改進(jìn)了菲索的方法，他只用一個(gè)透鏡、一面旋轉(zhuǎn)的平面鏡和一個(gè)凹面鏡。

平行光通過旋轉(zhuǎn)的平面鏡匯聚到凹面鏡的圓心上，同樣用平面鏡的轉(zhuǎn)速可以求出時(shí)間。傅科用這種方法測(cè)出的光速是298000 千米/秒。另外傅科還測(cè)出了光在水中的傳播速度，通過與光在空氣中傳播速度的比較，他測(cè)出了光由空氣中射入水中的折射率。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在微粒說已被波動(dòng)說推翻之后，又一次對(duì)微粒說做出了判決，給光的微粒理論帶了**的沖擊。

1928年，卡婁拉斯和米太斯塔德首先提出利用克爾盒法來(lái)測(cè)定光速。1951年，貝奇斯傳德用這種方法測(cè)出的光速是299793千米/秒。光波是電磁波譜中的一小部分，當(dāng)代人們對(duì)電磁波譜中的每一種電磁波都進(jìn)行了精密的測(cè)量。

1950年，艾森提出了用空腔共振法來(lái)測(cè)量光速。這種方法的原理是，微波通過空腔時(shí)當(dāng)它的頻率為某一值時(shí)發(fā)生共振。根據(jù)空腔的長(zhǎng)度可以求出共振腔的波長(zhǎng)，在把共振腔的波長(zhǎng)換算成光在真空中的波長(zhǎng)，由波長(zhǎng)和頻率可計(jì)算出光速。當(dāng)代計(jì)算出的最**的光速都是通過波長(zhǎng)和頻率求得的。

1958年，弗魯姆求出光速的**值：299792.5±0.1千米/秒。1972年，埃文森測(cè)得了目前真空中光速的**數(shù)值：299792457.4±0.1米/秒。光速的測(cè)定在光學(xué)的研究歷程中有著重要的意義。

雖然從人們?cè)O(shè)法測(cè)量光速到人們測(cè)量出較為**的光速共經(jīng)歷了三百多年的時(shí)間，但在這期間每一點(diǎn)進(jìn)步都促進(jìn)了幾何光學(xué)和物理光學(xué)的發(fā)展，尤其是在微粒說與波動(dòng)說的爭(zhēng)論中，光速的測(cè)定曾給這一場(chǎng)**的科學(xué)爭(zhēng)辯提供了非常重要的依據(jù)。

光速是怎么測(cè)量出來(lái)的？

光速的測(cè)量方法： 最早光速的準(zhǔn)確數(shù)值是通過觀測(cè)木星對(duì)其衛(wèi)星的掩食測(cè)量的。還有轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪法、轉(zhuǎn)鏡法、克爾盒法、變頻閃光法等光速測(cè)量方法。

1．羅默的衛(wèi)星蝕法 光速的測(cè)量，首先在天文學(xué)上獲得成功，這是因?yàn)橛钪鎻V闊的空間提供了測(cè)量光速所需要的足夠大的距離．早在1676年丹麥天文學(xué)家羅默（1644— 1710）首先測(cè)量了光速．由于任何周期性的變化過程都可當(dāng)作時(shí)鐘，他成功地找到了離觀察者非常遙遠(yuǎn)而相當(dāng)準(zhǔn)確的“時(shí)鐘”，羅默在觀察時(shí)所用的是木星每隔一定周期所出現(xiàn)的一次衛(wèi)星蝕．他在觀察時(shí)注意到：連續(xù)兩次衛(wèi)星蝕相隔的時(shí)間，當(dāng)?shù)厍虮畴x木星運(yùn)動(dòng)時(shí)，要比地球迎向木星運(yùn)動(dòng)時(shí)要長(zhǎng)一些，他用光的傳播速度是有限的來(lái)解釋這個(gè)現(xiàn)象．光從木星發(fā)出（實(shí)際上是木星的衛(wèi)星發(fā)出），當(dāng)?shù)厍螂x開木星運(yùn)動(dòng)時(shí)，光必須追上地球，因而從地面上觀察木星的兩次衛(wèi)星蝕相隔的時(shí)間，要比實(shí)際相隔的時(shí)間長(zhǎng)一些;當(dāng)?shù)厍蛴蚰拘沁\(yùn)動(dòng)時(shí)，這個(gè)時(shí)間就短一些．因?yàn)樾l(wèi)星繞木星的周期不大（約為1.75天），所以上述時(shí)間差數(shù)，在最合適的時(shí)間（上圖中地球運(yùn)行到軌道上的A和A’兩點(diǎn)時(shí)）不致超過15秒（地球的公轉(zhuǎn)軌道速度約為30千米/秒）．因此，為了取得可靠的結(jié)果，當(dāng)時(shí)的觀察曾在整年中連續(xù)地進(jìn)行．羅默通過觀察從衛(wèi)星蝕的時(shí)間變化和地球軌道直徑求出了光速．由于當(dāng)時(shí)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(gè)光速值盡管離光速的準(zhǔn)確值相差甚遠(yuǎn)，但它卻是測(cè)定光速歷史上的**個(gè)記錄．后來(lái)人們用照相方法測(cè)量木星衛(wèi)星蝕的時(shí)間，并在地球軌道半徑測(cè)量準(zhǔn)確度提高后，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(guó)天文學(xué)家布萊德雷（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．布萊德雷在地球上觀察恒星時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒星的視位置在不斷地變化，在一年之內(nèi)，所有恒星似乎都在天頂上繞著半長(zhǎng)軸相等的橢圓運(yùn)行了一周．他認(rèn)為這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于恒星發(fā)出的光傳到地面時(shí)需要一定的時(shí)間，而在此時(shí)間內(nèi)，地球已因公轉(zhuǎn)而發(fā)生了位置的變化．他由此測(cè)得光速為： C=299930千米/秒 這一數(shù)值與實(shí)際值比較接近． 以上僅是利用天文學(xué)的現(xiàn)象和觀察數(shù)值對(duì)光速的測(cè)定，而在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)限于當(dāng)時(shí)的條件，測(cè)定光速尚不能實(shí)現(xiàn)． 二、光速測(cè)定的大地測(cè)量方法 光速的測(cè)定包含著對(duì)光所通過的距離和所需時(shí)間的量度，由于光速很大，所以必須測(cè)量一個(gè)很長(zhǎng)的距離和一個(gè)很短的時(shí)間，大地測(cè)量法就是圍繞著如何準(zhǔn)確測(cè)定距離和時(shí)間而設(shè)計(jì)的各種方法． 1．伽利略測(cè)定光速的方法 物理學(xué)發(fā)展史上，最早提出測(cè)量光速的是意大利物理學(xué)家伽利略．1607年在他的實(shí)驗(yàn)中，讓相距甚遠(yuǎn)的兩個(gè)觀察者，各執(zhí)一盞能遮閉的燈，如圖所示：觀察者A打開燈光，經(jīng)過一定時(shí)間后，光到達(dá)觀察者B，B立即打開自己的燈光，過了某一時(shí)間后，此信號(hào)回到A，于是A可以記下從他自己開燈的一瞬間，到信號(hào)從B返回到A的一瞬間所經(jīng)過的時(shí)間間隔t．若兩觀察者的距離為S，則光的速度為 c=2s/t 因?yàn)楣馑俸艽?，加之觀察者還要有一定的反應(yīng)時(shí)間，所以伽利略的嘗試沒有成功．如果用反射鏡來(lái)代替B，那么情況有所改善，這樣就可以避免觀察者所引入的誤差．這種測(cè)量原理長(zhǎng)遠(yuǎn)地保留在后來(lái)的一切測(cè)定光速的實(shí)驗(yàn)方法之中．甚至在現(xiàn)代測(cè)定光速的實(shí)驗(yàn)中仍然采用．但在信號(hào)接收上和時(shí)間測(cè)量上，要采用可靠的方法．使用這些方法甚至能在不太長(zhǎng)的距離上測(cè)定光速，并達(dá)到足夠高的**度． 2．旋轉(zhuǎn)齒輪法 用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定光速首先是在1849年由斐索實(shí)驗(yàn)．他用定期遮斷光線的方法（旋轉(zhuǎn)齒輪法）進(jìn)行自動(dòng)記錄．實(shí)驗(yàn)示意圖如下．從光源s發(fā)出的光經(jīng)會(huì)聚透鏡L1射到半鍍銀的鏡面A，由此反射后在齒輪W的齒a和a’之間的空隙內(nèi)會(huì)聚，再經(jīng)透鏡L2和L3而達(dá)到反射鏡M，然后再反射回來(lái)．又通過半鍍鏡A由 L4集聚后射入觀察者的眼睛E．如使齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，那么在光達(dá)到M鏡后再反射回來(lái)時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間△t內(nèi)，齒輪將轉(zhuǎn)過一個(gè)角度．如果這時(shí)a與a’之間的空隙為齒 a（或a’）所占據(jù)，則反射回來(lái)的光將被遮斷，因而觀察者將看不到光．但如齒輪轉(zhuǎn)到這樣一個(gè)角度，使由M鏡反射回來(lái)的光從另一齒間空隙通過，那么觀察者會(huì)重新看到光，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)得更快，反射光又被另一個(gè)齒遮斷時(shí)，光又消失．這樣，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速由零而逐漸加快時(shí)，在E處將看到閃光．由齒輪轉(zhuǎn)速v、齒數(shù)n與齒輪和M的間距L可推得光速c=4nvL． 在斐索所做的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)具有720齒的齒輪，一秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)12.67次時(shí)，光將首次被擋住而消失，空隙與輪齒交替所需時(shí)間為 在這一時(shí)間內(nèi)，光所經(jīng)過的光程為2×8633米，所以光速c=2×8633×18244=3.15×108（m/s）． 在對(duì)信號(hào)的發(fā)出和返回接收時(shí)刻能作自動(dòng)記錄的遮斷法除旋轉(zhuǎn)齒輪法外，在現(xiàn)代還采用克爾盒法．1941年安德孫用克爾盒法測(cè)得：c=299776±6km/s，1951年貝格斯格蘭又用克爾盒法測(cè)得c=299793.1±0.3km/s． 3．旋轉(zhuǎn)鏡法 旋轉(zhuǎn)鏡法的主要特點(diǎn)是能對(duì)信號(hào)的傳播時(shí)間作**測(cè)量．1851年傅科成功地運(yùn)用此法測(cè)定了光速．旋轉(zhuǎn)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(gè)高速均勻轉(zhuǎn)動(dòng)的鏡面來(lái)代替齒輪裝置．由于光源較強(qiáng)，而且聚焦得較好．因此能極其精密地測(cè)量很短的時(shí)間間隔．實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．從光源s所發(fā)出的光通過半鍍銀的鏡面M1后，經(jīng)過透鏡L射在繞O軸旋轉(zhuǎn)的平面反射鏡M2上O軸與圖面垂直．光從M2反射而會(huì)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(duì)稱地反射，并在s′點(diǎn)產(chǎn)生光源的像．當(dāng)M2的轉(zhuǎn)速足夠快時(shí)，像S′的位置將改變到s〃，相對(duì)于可視M2為不轉(zhuǎn)時(shí)的位置移動(dòng)了△s的距離可以推導(dǎo)出光速值： 式中w為M2轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)的距離．因此直接測(cè)量w、l、l0、△s，便可求得光速． 在傅科的實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)的基本原理，首次測(cè)出了光在介質(zhì)（水）中的速度v＜c，這是對(duì)波動(dòng)說的有力證據(jù)． 3．旋轉(zhuǎn)棱鏡法 邁克耳遜把齒輪法和旋轉(zhuǎn)鏡法結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造了旋轉(zhuǎn)棱鏡法裝置．因?yàn)辇X輪法之所以不夠準(zhǔn)確，是由于不僅當(dāng)齒的**將光遮斷時(shí)變暗，而且當(dāng)齒的邊緣遮斷光時(shí)也是如此．因此不能**地測(cè)定象消失的瞬時(shí)．旋轉(zhuǎn)鏡法也不夠**，因?yàn)樵谠摲ㄖ邢蟮奈灰啤鱯太小，只有0.7毫米，不易測(cè)準(zhǔn)．邁克耳遜的旋轉(zhuǎn)鏡法克服了這些缺點(diǎn)．他用一個(gè)正八面鋼質(zhì)棱鏡代替了旋轉(zhuǎn)鏡法中的旋轉(zhuǎn)平面鏡，從而光路大大的增長(zhǎng)，并利用**地測(cè)定棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度代替測(cè)齒輪法中的齒輪轉(zhuǎn)速測(cè)出光走完整個(gè)路程所需的時(shí)間，從而減少了測(cè)量誤差．從1879年至1926年，邁克耳遜曾前后從事光速的測(cè)量工作近五十年，在這方面付出了極大的勞動(dòng)． 1926年他的**一個(gè)光速測(cè)定值為 c=299796km/s 這是當(dāng)時(shí)最**的測(cè)定值，很快成為當(dāng)時(shí)光速的公認(rèn)值． 三、光速測(cè)定的實(shí)驗(yàn)室方法 光速測(cè)定的天文學(xué)方法和大地測(cè)量方法，都是采用測(cè)定光信號(hào)的傳播距離和傳播時(shí)間來(lái)確定光速的．這就要求要盡可能地增加光程，改進(jìn)時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性．這在實(shí)驗(yàn)室里一般是受時(shí)空限制的，而只能在大地野外進(jìn)行，如斐索的旋輪齒輪法當(dāng)時(shí)是在巴黎的蘇冷與達(dá)蒙瑪特勒相距8633米的兩地進(jìn)行的．傅科的旋轉(zhuǎn)鏡法當(dāng)時(shí)也是在野外，邁克耳遜當(dāng)時(shí)是在相距35373．21米的兩個(gè)山峰上完成的．現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人們可以使用更小更**地實(shí)驗(yàn)儀器在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行光速的測(cè)量． 1．微波諧振腔法 1950年埃森**采用測(cè)定微波波長(zhǎng)和頻率的方法來(lái)確定光速．在他的實(shí)驗(yàn)中，將微波輸入到圓柱形的諧振腔中，當(dāng)微波波長(zhǎng)和諧振腔的幾何尺寸匹配時(shí)，諧振腔的圓周長(zhǎng)πD和波長(zhǎng)之比有如下的關(guān)系：πD=2.404825λ，因此可以通過諧振腔直徑的測(cè)定來(lái)確定波長(zhǎng)，而直徑則用干涉法測(cè)量;頻率用逐級(jí)差頻法測(cè)定．測(cè)量精度達(dá)10-7．在埃森的實(shí)驗(yàn)中，所用微波的波長(zhǎng)為10厘米，所得光速的結(jié)果為299792.5±1km/s． 2．激光測(cè)速法 1790年美國(guó)**標(biāo)準(zhǔn)局和美國(guó)國(guó)立物理實(shí)驗(yàn)室**運(yùn)用激光測(cè)定光速．這個(gè)方法的原理是同時(shí)測(cè)定激光的波長(zhǎng)和頻率來(lái)確定光速（c=νλ）．由于激光的頻率和波長(zhǎng)的測(cè)量**度已大大提高，所以用激光測(cè)速法的測(cè)量精度可達(dá)10-9，比以前已有最精密的實(shí)驗(yàn)方法提高精度約100倍． 四、光速測(cè)量方法一覽表 除了以上介紹的幾種測(cè)量光速的方法外，還有許多十分**的測(cè)定光速的方法．現(xiàn)將不同方法測(cè)定的光速值列為“光速測(cè)量一覽表”供參考． 根據(jù)1975年第十五屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)的決議，現(xiàn)代真空中光速的最可靠值是： c=299792.458±0.001km/s 聲速測(cè)量?jī)x必須配上示波器和信號(hào)發(fā)生器才能完成測(cè)量聲速的任務(wù)。

實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生超聲波的裝置如圖所示。它由壓電陶瓷管或稱超聲壓電換能器與變幅桿組成;當(dāng)有交變電壓加在壓電陶瓷管上時(shí)，由于壓電體的逆壓電效應(yīng)，使其產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。此壓電陶瓷管粘接在鋁合金制成的變幅桿上，經(jīng)過電子線路的放大，即成為超聲波發(fā)生器，由于壓電陶瓷管的周期性振動(dòng)，帶動(dòng)變幅桿也做周期軸向振動(dòng)。當(dāng)所加交變電壓的頻率與壓電陶瓷的固有頻率相同時(shí)，壓電陶瓷的振幅**，這使得變幅桿的振幅也**。

變幅桿的端面在空氣中激發(fā)出縱波，即超聲波。本儀器的壓電陶瓷的振蕩頻率在40kHz以上，相應(yīng)的超聲波波長(zhǎng)約為幾毫米，由于他的波長(zhǎng)短，定向發(fā)射性能好，本超聲波發(fā)射器是比較理想的波源。由于變幅桿的端面直徑一般在20mm左右，比此波長(zhǎng)大很多，因此可以近似認(rèn)為離開發(fā)射器一定距離處的聲波是平面波。

超聲波的接受器則是利用壓電體的正壓電效應(yīng)，將接收的機(jī)械振動(dòng)，轉(zhuǎn)化成電振動(dòng)，為使此電振動(dòng)增強(qiáng)。特加一選頻放大器加以放大，再經(jīng)屏蔽線輸給示波器觀測(cè)。接收器安裝在可移動(dòng)的機(jī)構(gòu)上，這個(gè)機(jī)構(gòu)包擴(kuò)支架、絲桿、可移動(dòng)底座（其上裝有指針，并通過定位螺母套在絲桿上，有絲桿帶動(dòng)作平移）、帶刻度的手輪等。

接收器的位置由主、尺刻度手輪的位置決定。主尺位于底座上面;最小方尺位于底坐上面;最小分尺為1mm，手輪與絲桿相連上分為100分格，每轉(zhuǎn)一周，接收器平移1mm，故手每一小格為0.01mm，可估到0.001mm。

《湯姆·索亞歷險(xiǎn)記》中，湯姆為什么會(huì)在山洞中迷路?后來(lái)是怎樣走出山洞的?

湯姆和貝奇在山洞里賞鐘乳石而在山洞里迷路的，后來(lái)湯姆用風(fēng)箏線讓貝奇拉著，自己一個(gè)一個(gè)在通道里找找出口，三天后，湯姆在山洞中找到了出口，和貝奇逃了出去，因?yàn)槌隹谙旅媸且粭l大河，于是，他們?cè)诙纯谇笾?，乘船回到了圣彼得城堡?br/> 《湯姆·索亞歷險(xiǎn)記》美國(guó)**家馬克·吐溫1876年發(fā)表的長(zhǎng)篇**。

**的故事發(fā)生在19世紀(jì)上半世紀(jì)美國(guó)密西西比河畔的一個(gè)普通小鎮(zhèn)上。

主人公湯姆·索亞天真活潑、敢于探險(xiǎn)、追求自由，不堪忍受束縛個(gè)性、枯燥乏味的生活，幻想干一番英雄事業(yè)。
**的時(shí)代在南北戰(zhàn)爭(zhēng)前，寫的雖是圣彼得堡小鎮(zhèn)，但該鎮(zhèn)某種程度上可以說是當(dāng)時(shí)美國(guó)**的縮影。**通過主人公的冒險(xiǎn)經(jīng)歷，對(duì)美國(guó)虛偽庸俗的**習(xí)俗、偽善的宗教儀式和刻板陳腐的學(xué)校教育進(jìn)行了諷刺和批判，以歡快的筆調(diào)描寫了少年兒童自由活潑的心靈。

擴(kuò)展資料
寫作背景：
19世紀(jì)70年代，美國(guó)****進(jìn)入了壟斷時(shí)期。

機(jī)器轟鳴的龐大工廠的出現(xiàn)，集體化的大生產(chǎn)組合以及大刀闊斧的進(jìn)取精神促使了美國(guó)工業(yè)的突飛猛進(jìn)，使得以往平靜而又無(wú)多少競(jìng)爭(zhēng)的年代里蔚然成風(fēng)的禮貌行為和道德涵養(yǎng)準(zhǔn)則逐漸失去了棲身之地。
因此，對(duì)維多利亞時(shí)代的溫文爾雅的摒棄是不可避免的。特別是南北戰(zhàn)爭(zhēng)，它像一種催化劑，在摧毀了奴隸制的同時(shí)，也加速了維多利亞**結(jié)構(gòu)的崩潰過程，把年輕人推進(jìn)向傳統(tǒng)宣戰(zhàn)的潮流，使他們體內(nèi)潛藏已久的被壓抑的暴力進(jìn)發(fā)出來(lái)，去摧毀那個(gè)不合時(shí)宜的19世紀(jì)**。

馬克·吐溫就是在這個(gè)大歷史背景下創(chuàng)作《湯姆·索亞歷險(xiǎn)記》的，因此具有深遠(yuǎn)的歷史意義。他把自己的童年生活經(jīng)歷濃縮進(jìn)了這部**，但又注入了他自己的思想和時(shí)代縮影，使它脫離了一般庸俗的兒童回憶格調(diào)，讓它充滿了時(shí)代的活力。

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