磁场电场公式汇总
我们都知道宇宙的极限速度为299792458米/秒,也就是我们熟知的光速!自1676年人们首次认识到光速是有限的速度以来,出现了很多测量光速的方法,不仅是数学公式推导还是实验测量,我们目前已经得到了相当精确的数值!那么我们这些吃瓜群众有没有办法自己测一下光速呢?也充当一次实验物理学家。
告诉你个好消息,今天是时候以科学为目的吃一次巧克力了!因为我们今天要用它来测量一下光速。
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阿尔伯特·爱因斯坦是20世纪最杰出的理论物理学家之一。他著名的公式E=mc^2(能量等于质量乘以光速的平方)首次告诉了我们质量和能量的关系。
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首先说一下,下面这个小实验测得的光速不是十分准确,因为实验过程中会出现测量不精确的现象,但是不要紧,这个数值已经相当接近了!
我们需要的材料
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- 一台微波炉
- 盘子(可在微波炉中安全使用)
- 一张纸和一支铅笔(这个是用来计算的)
- 一块巧克力
- 尺子
- 计算器
温馨提示:巧克力需要选你喜欢吃的口味,因为实验结束你要吃的(哈哈),作为你伟大实验成果的奖励!巧克力不需要太大,一块普通大小的巧克力就可以了。
过程
- 我们要做的第一件事就是:取出微波炉的旋转盘,放入已经准备好的盘子,(目的是不让里面的盘子旋转)一定要注意这个盘子要可以在微波炉中安全使用。盘子上不应该有任何金属、金属的颜色,或廉价,容易熔化的塑料!
- 在微波炉上找到标签说明(通常在后面),阅读上面的信息,找到微波频率并写到纸上。这个数字是以MHz为单位,通常高于2000。将该数字乘以100000,得到Hz,并注意它是频率,在后面的计算中我们会用到它。
- 然后把巧克力放在盘子上,关上微波炉的门。设定定时器30秒,打开微波炉。等时间走完,打开门,小心地把盘子从微波炉里拿出来。注意下:最好戴个手套,避免被烫伤!
- 你会注意到,巧克力并非在所有的地方都是均匀融化了。上面有一些融化的点。拿起你的尺子,测量两个熔化点之间的距离。我们的尺子都是厘米,将测得的厘米数乘以0.01得到米,并在纸上记为λ/2。乘以2得到波长λ
我们得到了两个数据:频率(单位Hz)、波长(单位m)!
微波加热食物的过程
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微波炉用驻波加热食物。当一个波在食物表面n/2波长之间来回反射时(n是任意正整数),食物就被加热了。这时节点和波腹总是在同一个地方,所以微波炉里面都配一个旋转盘,如果不旋转食物就不会被均匀地加热。
食物保持低温的地方是静态节点。这些节点处电磁波的振幅为零。其中振幅具有最大值或最小值的地方被称为波腹,且食物在波腹处被加热。
在我们的实验中,我们把旋转的盘子换成了一个正常的盘子。巧克力没有旋转,只会在波腹处融化。
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现在我们知道了原理,得到了数值,我们就来计算下光速。很简的数学!
什么是电磁波
电磁波具有振荡的磁场和电场。在其他波中,我们可以(水波、绳等)看到点粒子的上下振动,当我们观察整个材料时,就会有一个波的形状。电磁波中没有粒子振动,不需要介质就能传播,以电矢量场和磁场矢量场相互转换的方式传播。它们互相垂直,并且与电磁波传播方向垂直。
电磁波在真空中的速度是恒定的,(3×10^8米/秒)。
电磁波按其波长可分为无线电、微波、红外线、可见光、紫外线、x射线和伽玛射线。可见光只是这个比例的一小部分。
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在实验中,我们为什么要用微波炉?
我们使用微波炉是因为微波和可见光一样就是电磁波,它们有恒定的速度。通过计算微波的速度我们实际上就可以知道光速。
总结:计算方法
计算波速有两种方法。波的速度被定义为波在一定时间内传播的距离。因此,可以用以米为单位波的传播距离除以以秒为单位的波的传播时间。但是这对我们来说毫无用处,因为我们没办法知道这两个数值!我们所拥有的是微波的频率和波长。
根据公式:波的速度=波长x频率
这个公式适用于所有的波,当然也包括电磁波。我们所要做的就是把我们在微波炉背面发现的频率(赫兹)和我们测量的波长相乘,其结果就是我们要测量的光速。但是这不是真正的光速,因为我们的测量不够精确,但是已经足够接近了!
这就是用巧克力计算光速的方法!
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