微波炉测光速
用一台微波炉和一排巧克力,把光速量出来。
| 需要 | 微波炉(转盘能取下来的)、巧克力片或棉花糖、尺子、纸盘 |
| 时间 | 30 分钟 |
| 花费 | ¥10 |
| 难度 | ★☆☆ |
| 验收 | 算出的 c 落在 2.4–3.4×10⁸ m/s 之间 |
一句话版
取下转盘 → 巧克力排成一行 → 加热 20 秒 → 量相邻两个融化点的距离 d(厘米)→ 光速 ≈ d × 4.9×10⁷ m/s。
d 大概会是 6 厘米。不是 6 厘米也没关系,10% 以内都算成功。
为什么值得做
微波炉里的微波频率是固定的 2.45 GHz。它在炉腔里形成驻波,波峰的地方加热快、波谷的地方几乎不加热。所以巧克力融化的斑点不是随机的——相邻两个融化点正好隔半个波长。
量出这半个波长,乘以频率再乘 2,就是光速。一台厨房家电,一个 1676 年之后就没变过的常数。
怎么做
- 取下转盘和转盘架。 这一步最重要,转盘会带着驻波图案一起转,量不出来。
- 铺一张纸盘,把巧克力片排成一条直线,间隔约 1 cm,横跨整个炉腔。
- 中火加热 15–20 秒,看到出现两三个明显融化的点就停,不要等全化。
- 立刻取出(烫),量相邻两个融化中心之间的距离
d。量 3–4 段取平均。 - 算:波长
λ = 2d,光速c = λ × 2.45×10⁹。
算一下
典型结果 d ≈ 6.1 cm:
λ = 2 × 0.061 m = 0.122 m
c = 0.122 × 2.45×10⁹ = 2.99×10⁸ m/s
误差 10% 以内算正常,5% 以内算手稳。
坑
- 别用转盘,用了就只能看到一片糊。
- 加热太久,波峰波谷都化了,斑点分辨不出来。
- 巧克力要平铺,叠起来会因为热传导互相影响。
- 微波炉标称 2.45 GHz,实际每台有几十 MHz 偏差,这是主要误差来源之一。
- 不要用带金属边的盘子、锡纸、金边杯子。
想再往前一步
- 换棉花糖重做,融化边界更清晰。
- 用红外测温枪扫一遍炉腔,画温度分布,找波峰间距。
- 同一台炉测 3 次,看重复性;换一台炉再测,看差异。
安全
只加热食物。不要空转。不要改装或拆开微波炉。不要测门缝的"泄漏"——没必要,而且有风险。
做完把结果贴到 RESULTS.md。