光学课件06光的传播速度
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1983年，在巴黎的第十七届国际计量大会通过：“一米是光在真 空中在1/299792458s的时间间隔内所传播路径的长度。”
第二节 光的相速度和群速度
折射率是光在真空中和介质中传播速度的比值， 。通常可以
通过测定光线方向的改变并应用折射定律
来求它。但原则
上也可以分别实测c和 来示它们的比值。对于水n水=1.33，用这 两种方法Байду номын сангаас得的结果是符合的，但对cs2，用折射法测得n=1.64，而 1885年迈克耳孙用实测光速求得的比值n=1.75，其间差别很大，这 绝不是实验误差所造成的。瑞利找到了这种差别的原因，他对光速 概念的复杂性进行了说明，从而引出了相速度和群速度的概念。
按照波动理论，这种通常的光速测定法相当于测定由下列方程所 决定的波速的数值：
这里u所代表的是单色平面波的一定的位相向前移动的速度，因
为位相不变的条件为
常数
所以这个速度称为位相速度。这速度的量值可用波长和频率来计 算。
、
都是不随t和r而改变的量。故位相不变的条件为
常数
上式表示的位相速度是严格的单色波（ 有单一的确定值）所特有 的一种速度，单色波以t和r的余弦函数表达， 为常量。这种严格的 单色波的空间延续和时间延续都是无穷无尽的余弦波，但是这种波 仅是理想的极限情况，实际所遇到的永远是形式不同的脉动，这种 脉动仅在空间某一有限范围内，在一定的时间间隔内发生。任何脉 动可写成傅里叶级数或傅里叶积分。在无色散介质中所有这些组成 脉动的单色平面波都以同一相速度传播，那该脉动在传播过程中将 永远保持形状不变，整个脉动也永远以这一速度向前传播。但在有 色散的介质中，关于脉动的传播速度问题就变得比较复杂了。观察 这种脉动时，可以先认定上面某一特殊点，而把这一点在空间的传 播速度看作是代表整个脉动的传播速度。但是由于脉动形状的改变， 所选定的这一特殊点在脉动范围内也将不断改变其位置，因而该点 的传播速度和任何一个作为组成部分的单色平面波的相速都将有所 不同。按照瑞利的说法，这脉动称为波群，因而脉动的传播速度称 为群速度，现在仅就一个简化的例子来讨论两种速度的关系。
三、长度单位米的定义
天文学家是以光束值作为长工测量的参考的，因此期望有一个不 变的光速值。为此，国际计量局米定义咨询委员会确认，不管长度 和时间单位的定义将来是否改变，光速值将维持不变。
因为波长的定义受到许多物理因素的影响，而光速由于其恒定不 变的性质，以光速为基础的米定义可以保持很长时间。这样长度的 定义可以保持很长时间。长度的定义将只受到测量时间的准确度的 限制，目前测量时间的准确度很高（3×10-11）
假设脉动由两个频率相近且振幅相等的单色简谐波叠加而成。
图6.2
一定振幅（ ）向前推进的速度（群速），也就是在一定的条件下 运动着的脉动所具有的能量的传播速度。
下面我们看一下群速度的大小
图6.3
或对于任一个波 这个关系式称为瑞利公式。
A0不变的条件为
常数
由此可见，单色波斯湾特征在于用相速 进速度，而任何脉动的一般特征在于用群速 幅的推进速度。
表示一定位相的推 表示一定振
迈克耳孙在水和二硫化碳的实验中所测量到的是群速的比值，不
是相速的比值。但在他的测量范围内水
的非常小，以致实际
上
，所以
在cs2中， 较大，
光行走的时间
当
时，眼睛看不到光
斐索在实测时
二、激光测速法
这个方法的原理是同时测定激光的波长和频率，（1970年美国国 家标准局和美国国立物理实验室最先运用）。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确度可达 10-9，比以前已有的最精密的实验方法提高约100倍。
现代真空中光速的最可靠值是 麦克斯韦光的电磁理论
第六章 光的传播速度
1
测定光速的实验室方法
2
光的相速度和群速度
第六章 光的传播速度
前面说明了光的波动性，横波性，测出光的速度显然是人们关心 的问题。按照麦克斯韦电磁场理论，电磁波在真空中的速度
，
光速的实验值
，二者一致，光是一种电磁波。
第一节 测定光速的实验室方法
一、旋转齿轮法
图6.1
一个齿转到一个齿隙所需的时间为
第二节 光的相速度和群速度
折射率是光在真空中和介质中传播速度的比值， 。通常可以
通过测定光线方向的改变并应用折射定律
来求它。但原则
上也可以分别实测c和 来示它们的比值。对于水n水=1.33，用这 两种方法Байду номын сангаас得的结果是符合的，但对cs2，用折射法测得n=1.64，而 1885年迈克耳孙用实测光速求得的比值n=1.75，其间差别很大，这 绝不是实验误差所造成的。瑞利找到了这种差别的原因，他对光速 概念的复杂性进行了说明，从而引出了相速度和群速度的概念。
按照波动理论，这种通常的光速测定法相当于测定由下列方程所 决定的波速的数值：
这里u所代表的是单色平面波的一定的位相向前移动的速度，因
为位相不变的条件为
常数
所以这个速度称为位相速度。这速度的量值可用波长和频率来计 算。
、
都是不随t和r而改变的量。故位相不变的条件为
常数
上式表示的位相速度是严格的单色波（ 有单一的确定值）所特有 的一种速度，单色波以t和r的余弦函数表达， 为常量。这种严格的 单色波的空间延续和时间延续都是无穷无尽的余弦波，但是这种波 仅是理想的极限情况，实际所遇到的永远是形式不同的脉动，这种 脉动仅在空间某一有限范围内，在一定的时间间隔内发生。任何脉 动可写成傅里叶级数或傅里叶积分。在无色散介质中所有这些组成 脉动的单色平面波都以同一相速度传播，那该脉动在传播过程中将 永远保持形状不变，整个脉动也永远以这一速度向前传播。但在有 色散的介质中，关于脉动的传播速度问题就变得比较复杂了。观察 这种脉动时，可以先认定上面某一特殊点，而把这一点在空间的传 播速度看作是代表整个脉动的传播速度。但是由于脉动形状的改变， 所选定的这一特殊点在脉动范围内也将不断改变其位置，因而该点 的传播速度和任何一个作为组成部分的单色平面波的相速都将有所 不同。按照瑞利的说法，这脉动称为波群，因而脉动的传播速度称 为群速度，现在仅就一个简化的例子来讨论两种速度的关系。
三、长度单位米的定义
天文学家是以光束值作为长工测量的参考的，因此期望有一个不 变的光速值。为此，国际计量局米定义咨询委员会确认，不管长度 和时间单位的定义将来是否改变，光速值将维持不变。
因为波长的定义受到许多物理因素的影响，而光速由于其恒定不 变的性质，以光速为基础的米定义可以保持很长时间。这样长度的 定义可以保持很长时间。长度的定义将只受到测量时间的准确度的 限制，目前测量时间的准确度很高（3×10-11）
假设脉动由两个频率相近且振幅相等的单色简谐波叠加而成。
图6.2
一定振幅（ ）向前推进的速度（群速），也就是在一定的条件下 运动着的脉动所具有的能量的传播速度。
下面我们看一下群速度的大小
图6.3
或对于任一个波 这个关系式称为瑞利公式。
A0不变的条件为
常数
由此可见，单色波斯湾特征在于用相速 进速度，而任何脉动的一般特征在于用群速 幅的推进速度。
表示一定位相的推 表示一定振
迈克耳孙在水和二硫化碳的实验中所测量到的是群速的比值，不
是相速的比值。但在他的测量范围内水
的非常小，以致实际
上
，所以
在cs2中， 较大，
光行走的时间
当
时，眼睛看不到光
斐索在实测时
二、激光测速法
这个方法的原理是同时测定激光的波长和频率，（1970年美国国 家标准局和美国国立物理实验室最先运用）。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确度可达 10-9，比以前已有的最精密的实验方法提高约100倍。
现代真空中光速的最可靠值是 麦克斯韦光的电磁理论
第六章 光的传播速度
1
测定光速的实验室方法
2
光的相速度和群速度
第六章 光的传播速度
前面说明了光的波动性，横波性，测出光的速度显然是人们关心 的问题。按照麦克斯韦电磁场理论，电磁波在真空中的速度
，
光速的实验值
，二者一致，光是一种电磁波。
第一节 测定光速的实验室方法
一、旋转齿轮法
图6.1
一个齿转到一个齿隙所需的时间为