光速测量试验报告试验总结参考

1、光速测量实验报告参考一、光及光速测量的发展史（一）古代中国对于光的认识“景，光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝下光，故景障内 也。”一一墨经（光的直线传播）“阳艘向日照之.则 光聚向内，离镜一二寸，光聚为一点，大如麻 寂，着 物则火发；阳健面洼，以一指迫而照 之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”也一 梦溪笔谈（小孔成像）（二）西方人对于光的认识也神说，要有光，就有了光。一一圣经光是由发光体向四面八方射出的一种东西， 这种东西碰到障碍物上就立刻被 弹开。如果它偶然进入人的眼睛，就叫人感觉到看见使它最后被弹开的那个东西。 毕达哥拉斯（三）光在近代物理学发展过程中的认识光的颗粒说（1643

2、-1727） 牛顿光的波动说（1635-1703） 胡克光是电磁波（1857-1894）赫兹粒子说（1879-1955） 爱因斯坦二、究竟光是什么？现代科学的认为：光是一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱）。在科学 上的定义，光有时候是指所有的电磁波谱。光是由一种称为光子的基本粒子组成 具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物 质中传播。三、光速测量的方法（一）伽利略首先提出了光速的测量，但失败了。（1607）（二）天文测定光速1.罗默的卫星蚀法（1676）2.布莱德雷的先行差法（1728）点评：由于当时天文仪器并无现在先进， 且凭肉眼观察误差较大，所以测得的值

3、都不精确（三）大地测定光速（以光行过的路程和时间得出速度c=s/t ）1.斐索旋转齿轮法（1849）2.惠更斯旋转镜法（1834）3.迈克尔逊旋转棱镜法（1926）点评：想要得到越精确的值，就要尽量增大 s和t ,故实际操作繁琐和精确度不 大是必然的。（四）实验室测光速法（c=入？）1 .埃森微波谐振腔法（1950）2 .激光法测光速点评：是目前最普遍也是最准确测量光速的方法，也是本实验的思想方法拍光法测光速【学习目标】1 .进一步理解光拍频的概念、掌握光拍频法测量光速的技术，了解声光调制 器的应用；2 .体会到光速也是一个有限值，并了解光年是一个空间量 ；3 .进一步学习光路的调整和熟练示波

4、器的使用。【实验原理及装置】2 1光拍的产生和传播臼。根据振动迭加原理.频差较小，速度相司的二司向传播的筒造液相迭方匚即形成拍.考 感频率分别为工和f2 （频差较小）的光荣我扪腹定它们具有相同的振唱）” E=全尊- KiX+/）=区"（*七 K/+%它们的送Mf Jt -十卜 8 JP - J+. I C /£.匚 1.（工） 是角频率为"十竺 振幅为NEC' f- :卜多卢 的前道波,注上，：工 1cly七意到国的振幅以领金¥=£。幺周期地变化.所以我们称它为拍频波，a / 就是拍"顿，如图一所示我们用光电检测磊接收这个拍频

5、波,因为光检测器的光嵌面上光照反应所产 生的光电流系光强所引起，故光电流为io =gE： ，段为接收器的光电转换常数,把C1） 代入（丸 同时注意：由于光频甚高（；>10"比），光敏面来不及反映频率如此之高的 光强变化.迄今仅能反映频率10*比左右的光强变化.并产生光电流1卷垃对时间积分，并取对光检测器的喃应时间M± <1 <专）的平均值“结果b积分中高频项为零，只图下常数项和谖变项.即；-+ 8£ *）（£-三）+ Ap <3）其中/ ©是与df相应的甭频率，/斑=心尸心£为初相.可见光检溺器输出的光电流包含

6、 有直流和光拍信号两种成分.滤去苴流成分，即潺频率为拍频其力位相与初相和空间位置 有关的输出光拍信号. 图二是光拍信号心在某一时刻的空间分布，如果接收电路将直流成分滤掉,即得触粹 的拍频信号在空间的分布.这就是说处在不同空间位置的光检测器，在同一时刻有不同位相 的光电流输出。这就提示我们可以用 比较相位的方法间接地袂定光速* *事实上，由（3）可知.光拍顿的同位相诸点有如下关系：门其或nc二万口为整数，两相邻图二光拍的交闿分布，同相点的距高A = £即相当于拍频波的波长*测定了 A和光拍频金才即可确定光速C* *流波光电二极首30MH1T混频29 7MHN本振15MHz300kH2f

7、输入外触发14 85MHf150kHz功率信号源15MHz频率计（光速测定仪（激光器、光程差台、示波器）钢尺 ）可移动光阑（实验光路图）【实验步骤】可移动(1)调节激光器工作电流在5mA左右(2)细心调节超声波频率，调节激光束，通过声光介质并与驻声场充分互相 作用(可通过调节频移器底座上的螺丝完成)使之产生二级以上明显的衍射光斑。(3)用光阑选取所需的(零级或一级)光束，调节斩光拍附近两个反光镜，使 光能按预定要求的光路进行。(4)移动斩光片，使进程光和远程光都能进入接收器，并在示波器上形成清 晰地波形。(5)接通斩光器电源开关，示波器上将显示相位不同的两列正弦波形。(6)移动滑动平台，改变两

8、光束的光程差，使两列光拍信号相同，此时的光 程差入。(7)精确测量两光束的光程，求出它们的光程差，从频率计测出超声波的频 率。(8)提高实验精度，防止假相移的产生。为了提高实验的精度，除准确测量超声波频率和光程差外，还要注意对二束 光位相得精确比较。如果实验中调试不当。可能会产生虚假的相移，结果影响实 验的精度。检查是否产生虚假相移的办法是分别遮挡远、近程光，观察两路光束在光敏 面上反射的光是否经透镜后都成像于光抽上。【实验难点及技巧】难点分析：(1)调节光路是本实验的最难点。首先要保证近远程光都能准确无误 的抵达 接收器。这就需要我们耐心细致的对每一个反光镜进行调节。然当近远程光抵达 接收器

9、后，示波器的屏幕上并没有显示波形或者显示的波形并不清楚， 这时就需 要再次调节光路，尤其是第一面和最后一面反光镜。(2)光程差的测量也是本实验的一个难点。由于装置上的零部件比较密集， 而测量工具用的是量程为1米的钢尺，所以很多数据都需要由两根钢尺拼接进行 测量。并且，光路的实际反射点的准确测量是产生误差主要原因之一。实验技巧分析:(1)调节各个透镜的螺旋时，应该轻缓。因为透镜上螺旋的细小变化对光路 的变化都影响很大。(2)若在调节近程光时，就发现示波器上没有显示波形或者显示的波形并不 清楚时，则需观察接收盒所接受的光源是否汇聚于一点，若不是，则需再次调节靠近斩光片附近的反光镜(主要)和调节接受

10、器上的焦距，直至光线汇聚成一点为 止。(3)在进行光路调节时，由于在灯光下操作实验，故光源在反光镜上显示并 不清楚，所以可以用加透明塑料片的方法来明确光点的位置。(4)在用钢尺进行拍光法测量光程差时，分清光的实际距离是关键，因此起 始和末端若为了防止损坏仪器，都应该提高相同的距离，且多次测量。实验误差分析数据记录与处理已知光速：2.998 X 10? m/s高频信号发生器输出频率14.9MHzl (m)10.1410.2410,1310.0710,09f (Hz)2.98x10 2.98x10 2.98x10 2.98x10 2.98x10C=Af 3,022x1 3.052x1 3.019x

11、1 3.000x1 3,007x1(m/s) 0sO'0*0$04c - 3.02义 10sm/sAL = 10,134 加打二 c测 一/标 x 100% = 0.7%c标钢尺的仪器误差：较;。,5布川8-FAV n-10.066m=0.066mAL = L±2m = (10.13±0.07>C = (3.02±0.03)xl08m/5误差分析 (1)由于计算时数值的近似取值而产生的理论误差与方法误差； (2)仪器误差，光速测定仪本身存在的仪器误差； (3)由于远程光在空气中经过多次反射，能量消耗，且光路调整并非完全 精确，致使在示波器上显示的波形

12、图较为模糊，所以在移动滑动平台时不能准确 判定两列波的重合位置； (4)因为其理论值是在真空环境中所得，而实验室为标准大气压下所测得 的值，其速度应小于理论值，但反观测量值却大于理论值，究其原因可能是实验 中的人为误差所造成的； (5)钢尺的量程只有1米，所以在测量光程差时，两根钢尺在衔接上会有 疏忽，造成测量的误差。实验心得拍光法测光速实验的实际意义利用拍光法测光速，很好的解决了实验室测量光速值的困难。让我们学生了 解了其光速同样也是一个有限的值， 并可以通过自己动手进行测量。虽然我们并 不能够完全掌握其原理部分的推导和技巧，但光拍法测量光速的大致思想是我们 值得学习和借鉴的。尤其是在实验的光路调节中，很好的锻炼了我们每个学生的 耐心和细心。同时，在光程差的测量中，也锻炼了相互同学之间的协作意识。光拍法测光速的思想以及延伸实验思想的启迪：化烦为