Швидкість світла
Мякішев Г.Я. Бухівцев Б.Б. Фізика 11. Підручник. М: Просвітництво, 2004.
Розглянути різні способи вимірювання швидкості світла.
На цьому уроці комп'ютерні моделі використовують для пояснення нового матеріалу.
| № п/п | Етапи уроку | Час, хв | Прийоми та методи |
| 1 | Організаційний момент | 2 | |
| 2 | Опитування на тему «Корпускулярна та хвильова теорії світла» | 10 | Усне опитування |
| 3 | Пояснення нового матеріалу на тему «Швидкість світла» | 30 | Робота з моделями «Досвід Фізо» та «Досвід Майкельсона» |
| 4 | Пояснення домашнього завдання | 3 |
Домашнє завдання: § 59.
 |
 |
При поясненні нового матеріалу використовується демонстрація інтерактивних моделей «Досвід Фізо» та «Досвід Майкельсона». Спосіб демонстрації визначається технічними можливостями навчального кабінету, що використовується. Можливі такі варіанти:
- Демонстрація моделі вчителем із використанням мультимедійного проекційного обладнання.
- Демонстрація моделі вчителем із використанням системи віддаленого управління персональними комп'ютерами учнів, наприклад NetOp School.
- Робота учнів із моделлю безпосередньо на навчальних ПК під час пояснення нового матеріалу вчителем та під його контролем.
У 1849 р. французький фізик Арман Іполит Луї Фізо (23.11.1819–18.09.1896, Париж, Франція) першим поставив лабораторний досвід з вимірювання швидкості світла з використанням методу затвора, що обертається. В установці Фізо вузький промінь світла розбивався на імпульси, проходячи крізь проміжки між виступами на колі диска, що швидко обертається. Імпульси потрапляли на дзеркало, розташоване на відстані від джерела та орієнтоване перпендикулярно ходу променя. Експериментатор, змінюючи швидкість обертання колеса, домагався, щоб відбите світло потрапляло у проміжок між зубцями. На диску Фізо було 720 виступів. Знаючи величину відстані між зубцями та швидкості обертання колеса, при якій світло потрапляє в наступний проміжок, можна розрахувати значення швидкості світла.
Отриманий Фізо результат для швидкості світла становив 313247304 м/с. Надалі ряд дослідників удосконалили метод, використовуючи різні варіанти затворів. Зокрема, американський фізик А. Майкельсон розробив досконалий метод вимірювання швидкості світла із застосуванням обертових дзеркал. Це дозволило суттєво уточнити значення швидкості світла.
Припустимо, що зубець і проріз зубчастого колеса мають однакову ширину і за час руху імпульсу світла до дзеркала і місце прорізу на колесі зайняв сусідній зубець. Тоді світло перекриється зубцем і окулярі стане темно. Це настане за умови, що час проходження світла туди і назад:
Припустимо, що зубець і проріз зубчастого колеса мають однакову ширину і за час руху імпульсу світла до дзеркала і місце першого прорізу на колесі зайняла наступний за нею проріз. Тоді світло зможе знову пройти до окуляра та в окулярі знову стане світло. Це настане за умови, що час проходження світла туди і назад:
Протягом усього життя американський фізик Альберт Абрахам Майкельсон (19.12.1852–09.05.1931) вдосконалював методику вимірювання швидкості світла. Створюючи все складніші установки, він намагався отримати результати з мінімальною похибкою. У 1924-1927 роках розробив схему досвіду, в якому промінь світла посилався з вершини гори Вільсон на вершину Сан-Антоніо. В якості затвора, що обертається, було використане обертове дзеркало, виготовлене з надзвичайною точністю і приведене в рух спеціально розробленим пристроєм.
«Підготовка досвіду велася з великою ретельністю. Було вибрано місце для двох установок. Одна з них містилася на вже знайомій йому вершині гори Маунт-Вільсон, а інша на вершині гори Сан-Антоніо, відомої підпрізвисько «Стара плеш», на висоті 5800 м над рівнем моря і на відстані 35 км від гори Маунт-Вільсон. Береговій і геодезичній службі Сполучених Штатів було доручено точно виміряти відстань між двома відбиваючими площинами – призматичним дзеркалом, що обертається, на Маунт-Вільсон і нерухомим дзеркалом на Сан-Антоніо. Можлива помилка при вимірі відстані становила одну семимільйонну, або сантиметра на 35 км. Призма, що обертається, з нікельованої сталі з вісьмома дзеркальними поверхнями, відполірованими з точністю до однієї мільйонної, була виготовлена для досвіду бруклінською компанією «Сперрі джироскоп компані», президент якої, інженер-винахідник Ельмер А. Сперрі, був другом Майкельсона. Крім того, було виготовлено ще кілька скляних та сталевих призм. Восьмикутний високошвидкісний ротор робив до 528 обертів на секунду. Він рухався повітряним струменем, і його швидкість, як і в минулих дослідах, регулювалася за допомогою електричного камертону. (Камертон використовується не тільки музикантами для визначення висоти звуку. З його допомогою можна дуже точно визначати короткі рівні відрізки часу. Можна створити інструмент з потрібною частотою, який під дією електричного струму вібруватиме, подібно до електричного дзвінка)».
(Бернард Джефф. Майкельсон і швидкість світла. Переклад з англійської Р. С. Бобровой. М.: Вид-во іноземної літератури, 1963. Електронна версія - http://n-t.ru/ri/dj/mc.htm).
Починаючи з 1924 року і до початку 1927 року було проведено п'ять незалежних серій спостережень. Середній результат дорівнював 299798 км в секунду.
Результати всіх вимірювань Майкельсона можна записати як .
В експерименті використовується восьмигранна призма. Тому час повороту призми на одну грань , , де ν1- Частота обертання призми, при якій світло з'являється вперше. Таким чином, .