本發(fā)明屬于物理常數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于lc振蕩電路的新型光速測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

光速的測(cè)定在光學(xué)的發(fā)展史上具有非常重要的意義，它不僅推動(dòng)了光學(xué)實(shí)驗(yàn)的反站，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(shuō)和波動(dòng)說(shuō)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。

光速測(cè)量的歷史最早可追溯至1629年艾薩克·畢克曼(beeckman)提出一項(xiàng)試驗(yàn)，一人將遵守閃光燈一炮反映過(guò)一面鏡子，約一英里。伽利略認(rèn)為光速是有限的，1638年他請(qǐng)二個(gè)人提燈籠各爬上相距僅約一公里的山上，第一組人掀開燈籠，并開始計(jì)時(shí)，對(duì)面山上的人看見亮光后掀開燈籠，第一組看見亮光后，停止計(jì)時(shí)，這是史上著名的測(cè)量光速的掩燈方案，這種測(cè)量方法實(shí)際測(cè)到的主要只是實(shí)驗(yàn)者的反應(yīng)和人手的動(dòng)作時(shí)間；1676年，奧勒·羅默從木星衛(wèi)星的觀測(cè)，得出光速為有限值的結(jié)論。觀測(cè)證實(shí)了他的預(yù)言，據(jù)此，惠更斯推算出光速約為2×108m/s；1728年，布拉德雷根據(jù)恒星光行差求得c＝3.1×108m/s；1849年，斐索用旋轉(zhuǎn)齒輪法求得c＝3.153×108m/s；1862年，傅科用旋轉(zhuǎn)鏡法測(cè)空氣中的光速，原理和斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法大同小異，他的結(jié)果是c＝2.98×108m/s；第三位在地面上測(cè)到光速的是考爾紐(m.a.cornu)。1874年他改進(jìn)了斐索的旋轉(zhuǎn)齒輪法，得c＝2.9999×108m/s；之后邁克耳遜改進(jìn)了傅科的旋轉(zhuǎn)鏡法，多次測(cè)量光速，并于1879年得c＝(2.99910±0.00050)×108m/s，1882年得c＝(2.99853±0.00060)×108m/s，后來(lái)，他綜合旋轉(zhuǎn)鏡法和旋轉(zhuǎn)齒輪法的特點(diǎn)，發(fā)展了旋轉(zhuǎn)棱鏡法，1924～1927年間，得c＝(2.99796±0.00004)×108m/s，邁克耳遜在推算真空中的光速時(shí)，應(yīng)該用空氣的群速折射率，可是他用的卻是空氣的相速折射率，這一錯(cuò)誤在1929年被伯奇發(fā)覺,經(jīng)改正后,1926年的結(jié)果應(yīng)為c＝(2.99798±0.00004)×108m/s＝2997984±4km/s；后來(lái)，由于電子學(xué)的發(fā)展，用克爾盒、諧振腔、光電測(cè)距儀等方法，光速的測(cè)定，比直接用光學(xué)方法又提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)；60年代雷射器發(fā)明，通過(guò)使用穩(wěn)頻雷射器大大降低了光速測(cè)量的不確定度；1973年達(dá)0.004ppm，終于在1983年第十七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上作出決定，將真空中的光速定為精確值，即c＝299792458m/s。

然而，上述光速測(cè)量方法均比較復(fù)雜，無(wú)法快速有效地進(jìn)行光速測(cè)量和計(jì)算，并且受測(cè)量裝備影響測(cè)量精度有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于lc振蕩電路的光速測(cè)量方法，該方法包括如下步驟：

a、根據(jù)所述lc振蕩電路獲取lc振蕩周期t、電感l(wèi)、電容c：其中n為lc振蕩電路中電感的匝數(shù)、a為lc振蕩電路中電感的橫截面積、l為lc振蕩電路中電感的長(zhǎng)度、ε0是真空介電常數(shù)、μ0是真空磁導(dǎo)率、r1為lc振蕩電路中電容的內(nèi)半徑、r2為lc振蕩電路中電容的外半徑；

b、根據(jù)所述步驟a中振蕩周期t、電感l(wèi)、電容c計(jì)算關(guān)系獲得其中斜率

c、對(duì)所述lc振蕩電路的振蕩周期t、電感參數(shù)(n²/l)取樣，對(duì)振蕩周期的平方值(t²)、電感參數(shù)(n²/l)進(jìn)行線性擬合，獲得所述斜率k的取值；

d、根據(jù)公式及所述步驟c中獲得的所述斜率k的取值計(jì)算ε0μ0的值，基于所述ε0μ0的值計(jì)算光速

進(jìn)一步地，所述lc振蕩電路包括函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、電感器、電容器、示波器，所述函數(shù)信號(hào)發(fā)生器為方波發(fā)生器，所述電容器為球形電容。

本發(fā)明基于lc振蕩電路對(duì)光速進(jìn)行測(cè)量，有效降低了對(duì)光速測(cè)量的復(fù)雜度，提高了測(cè)量精度，降低了誤差率。由于采用球形電容，沒有邊緣效應(yīng)，降低了實(shí)驗(yàn)誤差。方法簡(jiǎn)單，成本低廉。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中的lc振蕩電路

圖2是振蕩周期t的平方值與電感參數(shù)的線性擬合關(guān)系示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。光是一種電磁波，根據(jù)麥克斯韋方程組可以推出電磁波的速度為ε0是真空介電常數(shù)μ0是真空磁導(dǎo)率(μ0＝4π×10^-7)，本發(fā)明技術(shù)方案就是間接測(cè)出ε0μ0的積，再根據(jù)計(jì)算出光速。

實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，圖1為一個(gè)lc振蕩電路，其包括函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、電感l(wèi)、電容c和示波器，其振蕩周期其中n為lc振蕩電路中電感的匝數(shù)、a為lc振蕩電路中電感的橫截面積、l為lc振蕩電路中電感的長(zhǎng)度、ε0是真空介電常數(shù)、μ0是真空磁導(dǎo)率、r1為lc振蕩電路中電容的內(nèi)半徑、r2為lc振蕩電路中電容的外半徑；根據(jù)得出下式(1)：

t²＝4π²lc——(1)

將l和c代入，得

改變(2)式中的t²將隨之線性變化，可知直線的斜率為

如圖2所示，通過(guò)示波器讀出lc電路的振蕩周期t，改變lc電路中電感l(wèi)的參數(shù)，再次從示波器上讀出周期t，改變一次電感的參數(shù)對(duì)應(yīng)讀出一個(gè)周期t，這樣就可以取出多個(gè)點(diǎn)用matlab編程擬合出一條直線，得到斜率k的取值。示波器讀數(shù)/單位：微秒

接入球形電容：

不接入球形電容：

數(shù)據(jù)處理：

縱軸：

t²＝[41.986463.764185.5143100.7579116.8159]

橫軸：

試驗(yàn)中數(shù)據(jù)的處理用到了matlab軟件，得到直線的斜率k＝8.399×10^-17，最終計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果c＝2.9845×10⁸m/s。

實(shí)驗(yàn)證明本方法測(cè)量光速方便快捷，誤差較小。誤差主要是球形電容的直徑測(cè)量帶來(lái)的誤差和波形衰減所帶來(lái)的示波器上讀數(shù)誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)的誤差控制在理想預(yù)期的范圍內(nèi)，通過(guò)lc電路間接測(cè)量光速的方法是可行的。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。