实验22 光速测量
实验22 光速测量
从17世纪70年代伽利略第一次尝试测量光速以来，各个时期人们都采用当时最先进的技术来测量光速。1983年，国际计量局召开第七次米定义咨询委员会和第八次单位咨询委员会决定，以光在真空中1/299792458秒的时间内所传播的距离为长度单位米（m）。这样光速的精确值被定义为c=299,792,458m/s。
光在真空中的传播速度是一个极其重要的基本物理常量，许多物理概念和物理量都与它有密切的联系。例如光谱学中的里德堡常数，电子学中真空磁导率与真空电导率之间的关系，普朗克黑体辐射公式中的第一辐射常数，第二辐射常数，质子、中子、电子、μ子等基本粒子的质量等常数都与光速c相关。正因为如此，许多科学工作者致力于提高光速测量精度的研究。
【实验目的】
1.了解和掌握光调制的基本原理和技术。
2.学习使用示波器测量同频正弦信号相位差的方法。
3.测量光在空气中的速度。
【预备问题】
1.光波的波长、频率及速度是如何定义的？
2.能否对光的频率进行绝对测量，为什么？
3.等相位测量波长法与等距离测波长法，哪一种方法有较高的测量精度？
【实验仪器】
光速测量仪，双踪示波器。
【实验原理】
1．利用波长和频率测速度
按照物理学定义，任何波的波长λ是一个周期内波传播的距离。波的频率f是1秒种内发生了多少次周期振动，用波长乘以频率得1秒钟内波传播的距离即波速:
=λ（22-1）
c?
f
利用这种方法，很容易测得声波的传播速度。但直接用来测量光波的传播速度还存在很多技术上的困难，主要是光的频率高达1014Hz，目前的光电接收器中无法响应频率如此高的光强变化，迄今仅能响应频率在108Hz左右的光强变化并产生相应的光电流。
2．用调制波波长和频率测速度
如果直接测量河中水流的速度有困难，可以采用如下方法：周期性地向河中投放小
木块(得到 f )，再设法测量出相邻两小木块间的距离（得到λ），则依据公式（22-1）即
可算出水流的速度来。
周期性地向河中投放小木块，目的是在水流上作一个标记。我们也可以在光波上作
一些特殊标记，称作“调制”。调制波的频率可以比光波的频率低很多，就可以用常规
器件来接收。与木块的移动速度就是水流流动的速度一样，调制波的传播速度就是光波
传播的速度。调制波的频率可以用频率计精确的测定，所以测量光速就转化为如何测量
调制波的波长，然后利用公式（22-1）即可算得光传播的速度了。
3．相位法测定调制波的波长
波长为0.65μm 的载波，其强度受频率为f 的正弦型调制波的调制，表达式为：
（22-2）
式中m 为调制度，cos 2πf (t -x/c )表示光在测线上传播的过程中，其强度的变化犹如一个
频率为f 的正弦波以光速c 沿x 方向传播，我们称这个波为调制波。调制波在传播过程
中其相位是以2π为周期变化的。设测线上两点A 和B 的位置坐标分别为x 1和x 2，当
这两点之间的距离为调制波波长λ的整数倍时，该两点间的相位差为：
（22-3） 式中n 为整数。反过来，并准确
测量它们之间的距离，那么这个距离一定是波长的整数倍。 设调制波由A 点出发，经时间t 后传播到A’点，AA ’ 之间的距离为2D ，见图22-1
（a ），则A’ 点相对于A 点的相移为ft wt π?2==。然而用一台测相系统对AA’ 间的
这个相移量进行直接测量是不可能的。为了解决这个问题，较方便的办法是在AA’ 的
中点B 设置一个反射器，由A 点发出的调制波经反射器反射返回A 点，见图22-1(b)。由图显而易见，光线由A→B →A 所走过的光程亦为2D ，而且在A 点反射波的相位落
图22-1 相位法测波长原理图
后t ω?=。
如果我们以发射波作为参考信号（以下称之为“基准”信号），它与反射波（以下
称之为“被测”信号）分别输入到相位计的两个输入端，则由相位计可以直接读出“基
准”信号和“被测”信号之间的相位差。当反射镜相对于B 点的位置前后移动半个波
长时，这个相位差的数值改变为2π。因此只要前后移动反射镜，相继找到在相位计中
读数相同的两点，该两点之间的距离即为半个波长。
调制波的频率可由数字式频率计精确地测定，由（22-1）式可以获得光速值。
4．示波器测相位
⑴ 单踪示波器法
将示波器的扫描同步方式选择在“外触发同步”，极性为“＋”或“－”，“基准”信
号接至外触发同步输入端（EXT ），“被测”信号接至Y 轴的输入端，调节“触发电平”，使波形稳定；调节Y 轴“增益”（偏转因数），使之有一个适合的波幅；调节“时基”（扫
描速率），使在屏上只显示一个完整的波形，并尽可能地展开，如一个波形在X 方向展
开为10大格，即10大格代表为360 度，每1大格为36度，可以估读至0.1大格，即
3.6度。
开始测量时，记住波形某特征点的起始位置，移
动棱镜小车，波形移动，移动1大格即表示“基准”
相位与“被测”相位之间的相位差变化了36度。
有些示波器无法将一个完整的波形正好调至10
大格，此时可以按（22-4）式求得“基准”相位与“被
测”相位的变化量，参见图22-2。 00
360?=?r r ? （22-4） （2）双踪示波器法
将“基准”相位信号接至Y 1(CH1)通道输入端，“被测”相位信号接至Y 2(CH2)通
道，并用Y 1通道触发扫描，显示方式为“断续”（CHOP ）。(如采用“交替”（ALT ）方
式时，会有附加相移，为什么？) 后面的步骤与单踪示波法操作一样，可以测得“基准”相位与“被测”相位的变化量??。
（3）数字示波器法
图22-2 示波器测相位
数字示波器具有光标卡尺功能，这样比数屏幕上格子的精度要高得多。信号线联接等操作同上。分别调节“基准”信号和“被测”信号波形的垂直位置，使两波形的X 轴（即t 轴）重合（以示波器中心水平轴线为基准），测量信号的周期T 和两信号之间水平相差距离?t ，则相位差Δ? 为：
0360??=?T
t ? ( 22-5)
（本实验就是利用差频检相的方法,将f=100MHZ 的高频基准信号和高频被测信号分别与本机振荡器产生的高频振荡信号混频,得到两个频率为455KHz 、位相差依然为φ低频信号，然后送到位相计中去比相。仪器方框图如图3所示，图中的混频Ⅰ用以获得低频基准信号，混频Ⅱ用以获得低频被测信号。低频被测信号的幅度由示波器或电压表指示。）
【实验内容及步骤】
1．预热 电子仪器都有一个温飘问题，光速仪和频率计须预热半小时再进行测量。在这期间可以进行线路联接、光路调整、示波器调整和定标等工作。
2．光路调整
先把棱镜小车移近收发透镜处，用一小纸片挡在接收物镜管前，观察光斑位置是否居中(处于照准位置)。调节棱镜小车上的左右转动及俯仰旋钮，使光斑尽可能居中，再将小车移至最远端，观察光斑位置有无变化，并作相应调整，使小车前后移动时，光斑位置变化最小。
3．示波器定标
示波器
按前述的示波器测相位的方法将示波器调整至有一个适合的测相波形，要求尽可能大的调出一个周期的波形。
4．测量光速
由频率、波长乘积来测定光速的原理和方法前面已经作了说明。在实际测量时主要任务是如何测得调制波的波长，其测量精度决定了光速值的测量精度。一般可采用“等距离”测量法和“等相位”测量法来测量调制波的波长。在测量时要注意两点，一是实验值要取多次多点测量的平均值；二是我们所测得的是光在大气中的传播速度，为了得到光在真空中传播速度，要精密地测定空气折射率后作相应修正。
（1）测调制频率
为了匹配好，尽量用频率计附带的高频电缆线。调制波是用温补晶体振荡器产生的，频率稳定度很容易达到10-6Hz ，所以在预热后正式测量前测一次就可以了。
（2）“等距离”法测波长
在导轨上任取若干个等间隔点（如图22-3所示），坐标分别为x 0，x 1，x 2，x 3，…，x i ；x 1-x 0=D 1，x 2-x 0=D 2，…，x i -x 0=D i.。移动棱镜小车，由示波器依次读取与距离D 1 ，D 2，…相对应的相移量i ?，则D i 与i ?间有：
λπ?i i D 22=，即： i i
D 22?=?πλ （22-6） 求得波长λ后，利用公式（22-1）得到光速c 。
也可用作图法，以φ为横坐标，D 为纵坐标，作D —φ的直线，则该直线斜率的 4πf 倍即为光速c 。
为了减小由于电路系统附加相移量的变化给相位测量带来的误差，同样应采取x 0→x 1→x 0及x 0→x 2→x 0等顺序进行测量。
操作时移动棱镜小车要快、准，如果两次x 0位置时的计数值相差0.1度以上，
必须图22-3 根据相移量与反射镜距离之间的关系测定光
重测。
（3）“等相位”法测波长
在示波器上（或相位计上）取若干个整数度的相位点，如360，720，1080等；在导轨上任取一点为x0，并在示波器上找出信号相位波形上一特征点作为相位差00位置，拉动棱镜，至某个整相位数时停（在具体实验操作时，我们可以取示波器上波形移动两格为测量相位距离），迅速读取此时的距离值作为x1，并尽快将棱镜返回至00处，再读取一次x0，并要求两次00时的距离读数误差不要超过1mm，否则须重测。
对应的距离D i，由(22-6)式求出波长λ。
依次读出相移量
i
【注意事项】
1．操作时移动棱镜小车要快、准，测量所用的时间足够短，以减少电路不稳定给波长测量带来误差。
2．在测量过程中进行细心的“照准”，即尽可能截取同一光束进行测量，把照准误差限制到最小程度。
【思考题】
1．本实验中，光速测量的误差主要来源于什么物理量的测量误差？为什么？
2．通过光速测量实验，你认为波长测量的主要误差来源是什么？为提高测量精度需做哪些改进？3．如何将光速仪改成测距仪？
【参考文献】
[1] 南京浪博科教仪器研究所，光速测量仪使用说明书。
【附录】
光速测量仪介绍：LM2000A1光速测量仪全长0.8m，由电器盒、收发透镜组、棱镜小车、带标尺导轨等组成。
1．电器盒
电器盒采用整体结构，稳定可靠，端面安装有收发透镜组，内置收、发电子线路板。侧面有二排Q9插座，参见图22-4的Q9座输出的是将收、发正弦波信号经整形后的方波信
号，为的是便于用示波器来测量相位差。
2．棱镜小车
棱镜小车上有供调节棱镜左右转动和俯仰的两只调节旋钮。由直角棱镜的入射光与出射光的相互关系可以知道，其实左右调节时对光线的出射方向不起什么作用，在仪器上加此左右调节装置，只是为了加深对直角棱镜转向特性的理解。
在棱镜小车上有一只游标,使用方法与游标卡尺相同，通过游标可以读至0.1mm ，可进一步熟悉游标卡尺的使用.
3．光源和光学发射系统
采用GaAs 发光二极管做为光源。这是一种半导体光源，当发光二极管上注入一定的电流时，在p-n 结两侧的p 区和n 区分别有电子和空穴的注入，这些非平衡载流子在复合过程中将发射波长为0.65μm 的光，此即上文所说的载波。用机内主控振荡器产生的100MHZ 正弦振荡电压信号控制加在发光二极管上的注入电流。当信号电压升高时注入电流增大，电子和空穴复合的机会增加而发出较强的光；当信号电压下降时注入电流减小，复合过程减弱，所发出的光强度也相应减弱。用这种方法实现对光强的直接调制。图22-5是发射、接收光学系统的原理图。发光管的发光点S 位于物镜L 1的焦点上。
4．光学接收系统
图22-5 收、发光学系统原理图
用硅光电二极管作为光电转换元件，该光电二极管的光敏面位于接收物镜L2的焦点R上。光电二极管所产生的光电流的大小随载波的强度而变化。因此在负载上可以得到与调制波频率相同的电压信号，即被测信号。被测信号的相位对于基准信号落后了φ= wt，t为往返一个测程所用的时间。
光拍频法测量光速实验
图1 拍频波场在某一时刻t 的空间分布 光拍频法测量光速实验 一、实验目的 1． 掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法,并对声光效应有一初步了解。 2． 通过测量光拍的波长和频率来确定光速。 二、原理 根据振动叠加原理，频差较小，速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。若有振幅相同为E 0、圆频率分别为1ω和2ω（频差 12ωωω?=-较小）的二光束： 1011120222cos()cos()E E t k x E E t k x ωφωφ=-+? ?=-+? （1） 式中112/k πλ=，222/k πλ=为波数， 1?和2?分别为两列波在坐标原点的初位相。若这两列光波的偏振方向相同，则叠加后的总场为： 1 2 1212012122cos[ ()]22cos[()](2) 22 x E E E E t c x t c ωω φφ ωωφφ--=+=-+++?-+ 上式是沿轴方向的前进波，其圆频率为12()/2ωω+，振幅为12 02cos[ ()]22 x E t c ωφφ?--+，因为振幅绝对值以频率为12/2f f f ωπ?=?=-周期性地变化，所以被称为拍频波，?f 称为光拍波频率。 实验中拍频波由光电探测器检测，光电探测器上的光电流如图1（b ）和下式 []{} 2 01cos (/))i gE t x c ω?=+?-+ （3） 其中g 是光电探测器的转换常数，2f ωπ?=?，?是初相位。 如果有两路光频波，使其通过不同光程后入射同一光电探测器，则该探测器所输出的两个光拍信号的位相差??与两路光的光程差L ?之间的关系 2L f L c c ωπ????????= = （4） 当π? 2=?时，?L =Λ,恰为光拍波长，此时上式简化为 c f =??Λ （5） 可见，只要测定了Λ和f ?，即可确定光速c 。
光速测量调制法实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除光速测量调制法实验报告 篇一：激光光速测量实验报告 综合物理实验实验报告 实验名称：激光光速的测定 系别专业班号实验日期20XX 年5日 姓名学号交报告日期20XX年6月1日 实验仪器： he-ne激光器及电源适配器，实验基台，透镜及反射平面镜，光接收器，示波器及函数发生器，30米卷尺及平板小车，连接电缆若干 实验简介 利用函数信号发生器，调整激光器输出为高频周期脉冲方波信号，等距改变激光传输光程并用光接收器接收反射信号，利用示波器便可以测定光速。理论基础 在自由空间内光的速度是一个重要而有趣的自然常数，光源的速度与观察者的相对速度无关，且有以下规律
1.光的速度，是宇宙见任何事物速度的上限 2移动物体接近光速，遵循一套物理原则，不符合牛顿定律且超过了我们的直觉假设。 实验预备 1.准备了光接收器和红光激光器 2.在实验基台上，依次放置好激光器，透镜和光接收器，并将反射平面镜放置在另外一个平板小车上。 3.反射平面镜放置的平板小车须有10—20m活动空间。 4.调整平面镜垂直及水平，使反射光和入射光在同一水平高度。 5.使用bnc同轴线缆连接TTL与示波器通道1，使用RcA-bnc线缆连接光接收器与示波器通道2，使用3.5mm耳机线-bnc线缆连接激光器电源与函数发生器输出接口。 6.设置函数发生器为方波，频率设置-3mhZ，调节函数发生器的直流输出和偏移，直至激光器亮度始终为止。 7.调节示波器参数，调整示波器时间轴为25ns/div 实验内容 1.调整激光反射镜透镜位置和接收器，使信号最大化。 2.在示波器上，调整信号以最大限度的显(:光速测量调制法实验报告)示显示信号变化。注意测量全程不要更改示踪的水平位置。 3.记录的反射镜的位置d和示波器信号的相位差T
激光脉冲测距实验报告讲解
激光脉冲测距
1 目录 一工作原理 (3) （1）测距仪工作原理 (3) （2）激光脉冲测距仪光学原理结构 (3) （3）测距仪的大致结构组成 (4) （4）主要的工作过程 (4) （5）激光脉冲发射、接收电路板组成及工作原理 (5) 二激光脉冲测距的应用领域 (5) 三关键问题及解决方法 (6) （1）优点 (6) （2）问题及解决方案 (7) 2 一工作原理 （1）测距仪工作原理 现在就脉测距仪冲激光测距简要叙述其工作原理。简单地讲，脉冲法测距的过程是这样的：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间t，光速c 和往返时间t 的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。一般一个典型的激光测距系统应具备以下四个模块：激光发射模块；激光接收模块；距离计算与显示模块；激光准直与聚焦模块，如图2-1 所示。系统工作时，由发射单元发出一束激光，到达待测目标物后漫
反射回来，经接收单元接收、放大、整形后到距离计算单元计算完毕后显示目标物距离。在测距点向被测目标发射一束强窄激光脉冲，光脉冲传输到目标上以后，其中一小部分激光反射回测距点被测距系统光功能接收器所接受。假定光脉冲在发射点与目标间来回一次所经历的时间间隔为t，那么被测目标的距离 D 为：式中：c 为激光在大气中的传播速度；D 为待测距离；t 为激光在待测距离上的往返时间。 R=C*T/2 (公式1) 图一脉冲激光测距系统原理框图激光脉冲测距仪光学原理结构2（） 3
图二）测距仪的大致结构组成（3 时钟脉冲门控电路、脉冲激光测距仪主要由脉冲激光发射系统、光电接收系统、 振荡器以及计数显示电路组成4）主要的工作过程（其工作过程大致如下：首先接通电源，复原电路给出复原信号，使整机复原，准备进行测量；同时触发脉冲激光发生器，产生激光脉冲。该激光脉冲有一小部分能量由参考信号取样器直接送到接收系统，作为计时的起始点。大部分光脉冲能量射向待测目标，由目标反射回测距仪的光脉冲能量被接收系统接收，这就是回波信号。参考信号和回波信号先后由光电探测器转换成为电脉冲，并加以放大和整形。整形后的参考信号能触发器翻转，控制计数器开始对晶格振荡器发出的时钟脉冲进行计数。整形后的回波信号使触发器的输出翻转无效，从而使计数器停实验装置实止工作。这样，根据计数器的输出即可计算出待测目标的距离。三单片机开放板和激光脉冲发射、接收电路验装置包括“”“”。 4 （5）激光脉冲发射、接收电路板组成及工作原理 激光脉冲发射/接收电路板原理框图如图2.3所示。图中EPM3032为CPLD；MAX3656为激光驱动器；MAX3747为限幅放大器；T22为单端信号到差分信号转换芯片；T23为差分信号到单端信号转换芯片；LD为半导体激光器；PD为光电探测器。板子上端的EPM3032被编程为脉冲发生器，输出重复频率为1KHz，脉冲宽度为48ns的电脉冲信号。此信号经MAX3656放大后驱动LD发光。板子下端的EPM3032被编程为计数器，对125MHz晶振进行计数。其计数的开门信号来自上端的TX信号，关门信号来自PD的输出。计数器的计数结果采用12 位二进制数据输出，对应的时间范围为0~32.7?s。 二激光脉冲测距的应用领域 激光测距仪一般采用两种方式来测量距离:脉冲法和相位法.脉冲法测距的过程是这样的:测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收.测距仪同时记录激光往返的时间.光速和往返时间的乘积的一半.就是测距仪和被测量物体之间的距离.脉冲法测量距离的精度是一般是在+/-1米左右.另外.此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。 激光测距仪已经被广泛应用于以下领域:电力.水利.通讯.环境.建筑.地质.警务.消防.爆破.航海.铁路.反恐/军事.农业.林业.房地产.休闲/户外运动等。 由于激光在亮度、方向性、单色性以及相干性等方面都有不俗的特点，它一出现就吸引了众多科学工作者的目光，并被迅速地被应用在工业生产方面、国防军工方面、房地产业、各级科研机构、工程、防盗安全等各个行业各个领域：激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。有关于激光的研究与生产制造也如火如荼地开展了起来。 5
光速测量实验报告参考
佛山科学技术学院 实 验 报 告 课程名称大学物理实验 实验项目 专业班级 姓 名 学号 指导教师成 绩 日期2010 年月日 一、实验目的 1.了解和掌握光调制的基本原理和技术。 2.学习使用示波器测量同频正弦信号相位差的方法。 3.测量光在空气中的速度。 二、实验器材 光速测量仪，双踪示波器。 三、实验原理 1．利用光的波长和光频率（=1014Hz）测速度 但=1014Hz，太高，目前电路最高只能响应108Hz的频率。 2．用调制波波长和频率(108Hz)测速度 108Hz，容易测量。 3．实验装置如图：
求出D-图像（直线）的斜率k，光速c=4πf?k = （2）“等相位”法测波长 表2 “等相位”法测波长 0123456 t（） ） x（mm） D（mm） （同（1）处理，求出光速）： 六.实验结果 七.分析讨论（实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等） 八.思考题 1．本实验中，光速测量的误差主要来源于什么物理量的测量误差？为什么？ 答：误差主要来源于波长的测量误差。因为频率可以做到很稳定。 2．通过光速测量实验，你认为波长测量的主要误差来源是什么？为提高测量精度需做哪些改进？ 答：波长测量的主要误差来源是相位的测量误差。可采用高精度的相位计改进测量。
实验报告内容：一.实验目的 二.实验仪器（仪器名称、型号、参数、编号） 三.实验原理（原理文字叙述和公式、原理图） 四.实验步骤 五、实验数据和数据处理 六.实验结果 七.分析讨论（实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等） 八.思考题
光拍频法测量光速
光拍法测量光速 光在真空中的传播速度是一个极其重要的基本物理量，许多物理概念和物理量都与它有密切的联系，因此光速的测量是物理学中的一个十分重要的课题。本实验的目的是通过测量光拍的波长和频率来确定光速，掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法。 一、实验目的 1． 掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法,并对声光效应有一初步了解。 2． 通过测量光拍的波长和频率来确定光速。 二、原理 根据振动叠加原理，频差较小，速度相同的 两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。若有振幅 相同为E 0、圆频率分别为1ω和2ω（频差 21ωωω-=?较小）的二光束： )cos(11101?ω+-=x k t E E )cos(22202?ω+-=x k t E E 式中11/2λπ=k ，22/λπ=k 为圆波数， 1?和2?分别为两列波在坐标原点的初位相。若 这两列光波的偏振方向相同，则叠加后的总场为： 图1 拍频波场在某一时刻t 的空间分布 ]2)(2cos[]2)(2cos[ 221212121021??ωω??ωω++-+?-+--=+=c x t c x t E E E E 上式是沿x 轴方向的前进波，其圆频率为2/)(21ωω+，振幅为]2 )(2cos[2210??ω-+-?c x t E ，因为振幅以频率为πω4/?=?f 周期性地变化，所以被称为拍频波，f ? 称为拍频。如果将光频波分为两路，使其通过不同光程后入射同一光电探测器，则该探测器所输出的两个光拍信号的位相差??与两路光的光程差L ?之间的关系仍由上式确定。当π?2=?时，?L=Λ,恰为光拍波长，此时上式简化为：Λ??=f c ，可见，只要测定了Λ和f ?，即可确定光速c 。 为产生光拍频波, 要求相叠加的两光波具有一定的频差, 这可通过超声与光波的相互作用来实现。超声(弹性波)在介质中传播,使介质内部产生应变引起介质折射率的周期性变化,就使介质成为一个位相光栅。当入射光通过该介质时发生衍射,其衍射光的频率与声频有关。 具体方法有两种,一种是行波法,如图2（a ）所示,在声光介质与声源(压电换能器)相对的端面敷以吸声材料,防止声反射,以保证只有声行波通过介质。当激光束通过相当于位相光栅的介质时，使激光束产生对称多级衍射和频移,第L 级衍射光的圆频率为L ΩL +=0ωω,其中
光速测量实验报告(实验总结)参考
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。”——《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。”一一《梦溪笔谈》（小孔成像） （二）西方人对于光的认识 崐神说，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（1643-1727）——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.布莱德雷的光行差法（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= X ?） 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器的使用。 【实验原理及装置】 2. 1光拍的产生和传播血* 报摇掾劲迭扯廈逗.频蚤较小、速旻咱司的二司向传塔的就谐戒施迭扯即形或拍*考空预華分别为齐和f2傍差# = 並软小）的光束〔玫门假定它汨具有叩同閔振疇）“ E l=Ea^（ - 5=加邪心八-它们的迭加“ 爲話讣心胡巴二环丿卜红纠“半g 卜令型也 出I a 丿￡■V C J ■ （1）是烧频率为僚;饯振碍为ZEcos +的前进浚.注 意到巴的拽逼以频宴#二翌严周歩摊变化，所以我们称它为拍频忍“就是拍4' E：+E 汁
光速测量
光速测量 地面测量法 直到1849年，法国物理学家斐索(Fizeau，1819-1896)才利用非天文方法在地面上第一次成功地测量了光速，斐索的仪器是非常精巧的。 斐索的方法被称为“旋转齿轮”法，它的核心是一个快速旋转的并可调整转速的齿轮，利用这个齿轮我们可以精确地测量时间。由于当时电灯尚未发明，斐索使用的光源其实是蜡烛，它发出的光波射到8公里远的镜子上并返回。假设齿轮不转动，那么蜡烛发出的光将从相邻两个齿之间穿过，然后又回来射到观察者的眼睛里。 斐索的方法被称为“旋转齿轮”法，它的核心是一个快速旋转的并可调整转速的齿轮，利用这个齿轮我们可以精确地测量时间。由于当时电灯尚未发明，斐索使用的光源其实是蜡烛，它发出的光波射到8公里远的镜子上并返回。假设齿轮不转动，那么蜡烛发出的光将从相邻两个齿之间穿过，然后又回来射到观察者的眼睛里。 现在假设齿轮开始转动，但转速较慢，当光被镜子反射回来的时候正好被相邻的齿挡住，因此没有光射到观察者的眼睛里。如果加快齿轮的转速，使光被反射回来的时候恰好转过一个齿轮，那么光又可以射到观察者的眼睛里。于是斐索知道当齿轮恰好转过一个齿的时间，就对应的是光传播16公里所需要的时间。斐索得到的光速是313111公里/秒，考虑到他所利用仪器的局限，这个结果已经相当精确了。 1850年法国物理学家傅科(Foucault，1819-1868)利用旋转镜法首次实现了在实验室里对光速的测定。傅科使用快速旋转的镜片替代了斐索的齿轮，快速旋转的镜片会使出射光线偏转一个角度θ，1862年傅科的测量结果是29.8万公里/秒。
更精确的测量是由美国物理学家迈克尔逊(Michelson，1852-1931)在1926年完成的，他改进了傅科的方法，使用一个多面的旋转镜，将光波分成不连续的光束。类似于斐索的实验，这些光束将被反射到35公里远的镜子上，然后再被反射回来。如图，我们使用一个六面镜，该镜由电动机转动，可以任意调节旋转速度。假设镜子不转动，并且处在如图的位置，光恰好可以被观察者看到。如果多面镜旋转起来，并且旋转速度不快时，多面镜的位置将不能使光束被反射到观察者的眼睛里。但当逐渐加快多面镜旋转速度，并恰好使相邻镜面恰好处于前一个镜面原先的位置时，即多面镜转了1/6圈时，观察者将可重新看到被反射的光束。
光速测量实验报告
光速测量实验报告 实验目的： 1. 了解和掌握光调制的基本原理和技术 2. 学习和使用示波器测量同频正弦方波信号相位差的方法 3. 测量光在空气中的速度 实验仪器： 激光器、信号发生器、光接收器、示波器、反射镜等 实验原理 相位φ=κ*d ，其中φ为相位差，κ为波数，d 为光程差。实验采用平面镜改变光程差d,实验中可以通过测量平面镜之间的距离来确定光程差d 。信号发生器为直流方波输出，则激光器发出激光脉冲。激光接收器收到激光信号后输出基频信号，且输出的信号为一正弦波，前后移动平面反射镜的距离，并测出移动的距离进而测出光程差Δd,由于光程差的改变，则信号反射光的信号的相位发生变化，由示波器上可以确定时间t1和t2，计算出时间差Δt=∣t1-t2∣，所以光速c=Δd/Δt 。下面是测量图： 1. 预习实验的内容，了解实验的目的，理解实验的原理，思考应当怎样把实验 做好，实验过程中都要做什么，同时，复习一下示波器一些基本的使用和各个按键的功能。为实验做好准备工作。 2. 实验前，认真读完实验仪器的操作说明，了解实验仪器的基本结构，以及实 验仪器各部分在实验中的功能和作用，分析实验中应该怎样正确的使用仪器，进入实验状态。 3. 在对实验分析的基础上，正确的连接线，把实验仪器连接摆放好 4. 调试实验仪器，由于如果反射镜离的太远，不利于实验中对实验仪器的调试， 因此，在调试仪器阶段应当使反射镜离激光器近。同时，反射镜，激光器，信号接收器应该保持在同一水平面上。由信号发生器发出一矩形方波，作用在激光器上使激光器发出光脉冲，由反射镜反射的信号由接收器转换成正弦波，把正弦波与方波同时输入示波器，由于方波是很稳定的不随反射镜位置的变化，把触发信号选择成方波。 5. 选择合适的反射镜位置作为基点，然后移动反射镜的位置，测量实验数据Δd 和Δt ，处理实验数据，可以用线性来求。 示波器 信号发生器 激光接收器 激光器 平面反射镜 Δd
光速测量实验报告
光速测量实验报告 光拍法测量光速 【实验名称】光拍法测量光速 【实验目的】1( 掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法。 2( 通过测量光拍的波长和频率来确定光速。 【实验仪器】CG-IV型光速测定仪，示波器，数字频率计 【实验原理】根据振动叠加原理，频差较小，速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。若有振幅相同为E0、圆频率分别为和(频差较小)的二光 束: ,,,,,,,,1212 E,Ecos(,t,kx，,) E,Ecos(,t,kx，,) 1011120222 式中，为波数，和为初位相。若这两列光波的偏振方向相同， k,2,/,k,2,/,,,112212 则叠加后的总场为: ,,，，,,,,,,,,xx，，，，12121212EEEEtt ,，,2cos(,)，，cos(,)，120,,,,cc2222，，，，上式是沿x轴方向的前进波，其圆频率为，振幅为(,，,)/212 ,,,x,,，，12Et，因为振幅以频率为周期性地变化，所以 E2cos(,)，,f,,,/4,0,,c22，， 被称为拍频波，称为拍频，为拍频波的波长。 ,,,,,c/,f,f 实验通过实验装置获得两束光拍信号，在示波器上对两光拍信号的相位进行比较，测出两光拍信号的光程差及相应光拍信号的频率，从而间接测出光速值。假设两束光的光程差为L，对应的光拍信号的相位差为，当二光拍信号的相位差为2π时，即光程差为光拍波,,'
,,的波长时，示波器荧光屏上的二光束的波形就会完全重合。由公，，c,,,,,f,L,2F便可测得光速值c。式中L为光程差，F为功率信号发生器的振荡频率。【实验步骤】1，观察实验装置，打开光速测定仪，示波器，数字频率计电源开关。 2，调节高频信号源的输出频率(15MHZ左右)，使产生二级以上最强衍射光斑。 3，用斩光器挡住远程光，调节全反射镜和半反镜，使近程光沿光电二极管前透镜的光轴入射到光电二极管的光敏面上，这时，示波器上应有与近程光束相应的经分频的光拍波形出现。 4，用斩光器挡住近程光，调节半反镜、全反镜和正交反射镜组，经半反射镜与近程光同路入射到光电二极管的光敏面上，这时，示波器屏上应有与远程光光束相应的经分频的光拍波形出现。 5，示波器上这时有两列波出现，移动导轨上A的滑块，记下此时A的位置，然后移动滑块B，让两列波完全重合，记下滑块B的位置。 6，重复步骤5，然后再记下数据。 【实验数据与处理】 f=75.0035MHZ (mm) (mm) ，，，，D0D0AB 80.0 548.0 548.1 548.2 548.0 548.0 (mm) (mm) ，，，，D2,D2,AB 420.0 209.1 208.8 209.0 209.3 208.8 ，，，，，，，，，，，，L,2，D2,,D0，2，D2,,D0BBAA ，，D2,=(209.1+208.8+209.0+209.3+208.8) 5=209.0mm ,B ，，D0=(548.0+548.1+548.2+548.0+548.0)5=548.06mm ,B 1.88mm ，，，，L,2，209.00,548.06，2，420.0,80.0, 68c==1.88，，，2，75.0035，10=m/s ，，L，2F2.820，10 883.0，10,2.820，10,,=6.0% 83.0，10
大学物理实验报告-声速的测量
声速的测量 【实验目的】 1.学会用共振干涉法、相位比较法以及时差法测量介质中的声速 2.学会用逐差法进行数据处理； 3.了解声速与介质参数的关系。 【实验原理】 由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。在超声波段进行 声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。 超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常 见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。本实验采用的是压电陶瓷制 成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。 声波的传播速度与其频率和波长的关系为： v f λ=? (1) 由(1)式可知， 测得声波的频率和波长，就可以得到声速。同样，传播速度亦可用 /v L t = (2) 表 示，若测得声波传播所经过的距离L 和传播时间t ，也可获得声速。 1. 共振干涉法 实验装置如图1所示，图中和为压电晶体换能器，作为声波源，它被低频信号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。当和的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L 为半波长的整倍数，即 (3) 时，发出的声波与其反射声波的相位在处差(n=1，2 ……)，因此形成 共振。 因为接收器的表面振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显
增大。从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值(参见图2)。 图中各极大之间的距离均为，由于散射和其他损耗，各级大致幅值随距离增大而逐渐减小。我们只要测出各极大值对应的接收器的位置，就可测出波长。由信号源读出超声波的频率值后，即可由公式(1)求得声速。 2.相位比较法 波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。沿波传播方向的任何两点同相位时，这两点间的距离就是波长的整数倍。利用这个原理，可以精确的测量波 长。实验装置如图1所示，沿波的传播方向移动接收器，接收到的信号再次与 发射器的位相相同时，一国的距离等于与声波的波长。 同样也可以利用李萨如图形来判断位相差。实验中输入示波器的是来自同一信号源的信号，它们的频率严格一致，所以李萨如图是椭圆，椭圆的倾斜与两信 号的位相差有关，当两信号之间的位相差为0或时，椭圆变成倾斜的直线。 3.时差法 用时差法测量声速的实验装置仍采用上述仪器。由信号源提供一个脉冲信号经发出一个脉冲波，经过一段距离的传播后，该脉冲信号被接收，再将该信号返回信号源，经信号源内部线路分析、比较处理后输出脉冲信号在、之间 的传播时间t，传播距离L可以从游标卡尺上读出，采用公式(2)即可计算出声速。 4.逐差法处理数据 在本实验中，若用游标卡尺测出个极大值的位置，并依次算出每经过个 的距离为 这样就很容易计算出。如测不到20个极大值，则可少测几个(一定是偶数)，用类似方法计算即可。
激光光束分析实验报告
激光光束分析实验报告 引言 1960年，世界上第一台激光器诞生。激光作为一种相干光源，以其高亮度、高准直性、高单色性的优点，一直在各种生产和研究领域发挥着重要的作用。b5E2RGbCAP 虽然激光具有上述优点，然而严格地说，激光并不是平面光束，而是一种满足旁轴近似的旁轴波。由稳定谐振腔发出的激光束大多为高斯光束，其主要参数为光束宽度、光束发散角和光束传播因子。由于这几个参数不同，不同激光束的质量也就有了差别，因此就需要制定评价光束质量的普适方法。常用来评价光束质量的因 子有：衍射极限倍数因子、斯特列耳比、环围能量比、因子和 因子的倒数K因子<通常称为光束传播因子）。其中因子为国际ISO组织推荐的评价标准，也是我们在实验中采用的评价标准。p1EanqFDPw 因子的定义为： 其中为实际光束束腰宽度，为实际光束远场发散角。 采用因子时，作为光束质量比较标准的是理想高斯光束。基 模(模> 高斯光束有最好的光束质量，其，可以证明对于 一般的激光光束有。因子越大，实际光束偏离理想高斯光束越远，光束品质越差。当高斯光束通过无像差、衍射效应可忽略的透镜、望远镜系统聚焦或扩束镜时，虽然光腰尺寸或远场发散角
会发生变化，但光束宽度和发散角之积不变，是几何光学中的拉格朗日守恒量。DXDiTa9E3d 实验原理 如图选定坐标系。设光束的束腰位置为，束腰直径为，远 场发散角为。为了简化问题，假设光束关于束腰对称，则可求出传播轴上任一垂直面上的光束直径。光束传播方程的一级近似为：RTCrpUDGiT 光束的因子为： 其中n为传播介质折射率，为光束波长。对于束腰宽度和远场发散角，可用如下方法测得。 本实验中，我们采用的CCD能够测量在柱坐标系中传播轴上任 一垂直面上的光束能量密度函数。由于能量密度函数关于传 播轴中心对称，故在分布函数中没有自变量。对于高斯光束，可以证明：5PCzVD7HxA 其中：
大学物理实验报告声速的测量
实 验 报 告 声速的测量 【实验目的】 1.学会用共振干涉法、相位比较法以及时差法测量介质中的声速 2.学会用逐差法进行数据处理； 3.了解声速与介质参数的关系。 【实验原理】 由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。在超声波段进行 声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。 超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常 见的方法是利用压电效应和磁致伸缩效应来实现的。本实验采用的是压电陶瓷制 成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。 声波的传播速度与其频率和波长的关系为：v f λ=? (1) 由(1)式可知，测得声波的频率和波长，就可以得到声速。同样，传播速度亦可用 /v L t = (2) 表 示，若测得声波传播所经过的距离L 和传播时间t ，也可获得声速。 1. 共振干涉法 实验装置如图1所示，图中和为压电晶体换能器，作为声波源，它被低频信
号发生器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发生受迫振动，并向空气中定向发出以近似的平面声波；为超声波接收器，声波传至它的接收面上时，再被反射。当和的表面近似平行时，声波就在两个平面间来回反射，当两个平面间距L为半波长的整倍数，即 (3) 时，发出的声波与其反射声波的相位在处差(n=1，2 ……)，因此形成共振。 因为接收器的表面振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显增大。从示波器上观察到的电信号幅值也是极大值(参见图2)。 图中各极大之间的距离均为，由于散射和其他损耗，各级大致幅值随距离增大而逐渐减小。我们只要测出各极大值对应的接收器的位置，就可测出波长。由信号源读出超声波的频率值后，即可由公式(1)求得声速。
金属电子逸出测定实验报告
实验22 金属电子逸出功的测定 【实验目的】 1．用里查逊（Richardson）直线法测定金属钨的电子逸出功。 2．了解光测高温计的原理和学习高温计的使用。 3．学习数据处理的方法。 【实验原理】 若真空二极管的阴极（用被测金属钨丝做成）通以电流加热，并在阳极上加以正电压时，在连接这二个电极的外电路中将有电流通过，如图3—22—1所示。这种电子从加热金属丝发射出来的现象，称为热电子发射。 研究热电子发射的目的之一可以选择合适的阴极材料。诚然，可以在相同加热温度下测不同阳极材料的二极管的饱和电流，然后相互比较，加以选择。但通过对阴极材料物理性质的研究来掌握其热电子发射的性能，这是带有根本性的工作，因而更为重要。 1．电子的逸出功 根据固体物理学中金属电子理论，金属中的传导电子能量的分布是按费米——狄拉克（Fermi-Dirac）分布的。即 3—22—1 式中称费米能级。 图3—22—1 图3—22—2 在绝对零度时电子的能量分布如图3—22—2中曲线（1）所示。这时电子所具有的最大能量 为。当温度升高时电子的能量分布曲线如图3—22—2中曲线（2）所示。其中能量较大的少数电子具有比更高的能量，而其数量随能量的增加而指数减少。 在通常温度下由于金属表面与外界（真空）之间存在一个势垒，所以电子要从金属中逸 出必须至少具有能量从图3—22—2可见，在绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得到的能量为： 称为金属电子的逸出功，其常用单位为电子伏特（ev），它表征要使处于绝对零度 下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要给予的能量。称为逸出电位，其数 值等于以电子伏特表示的电子逸出功。 可见，热电子发射就是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使其中一部分电子的能量大于，这样能量大于的电子就可以从金属中发射出来。因此，逸出功的大小， 对热电子发射的强弱，具有决定性作用。 2．热电子发射公式
光强调制法测光速实验报告(附数据分析处理)
光强调制法测光速 一、实验简介 光速是物理学中最重要的基本常数之一，也是所有各种频率的电磁波在真空中的传播速度。历史上光速测量方法可以分为天文学测量方法、大地测量方法和实验室测量方法等。 1607年伽利略最早提出大地测量方法来测量光速。1676年，丹麦天文学家罗默通过观察从卫星蚀的时间变化和地球轨道直径求出了光速。1728年，英国天文学家布莱德雷（1693—1762）采用恒星的光行差法测量了光速，这些是天文学测定的方法。1849年，法国人菲索第一次在地面上设计转齿轮装置测定光速。1850年，法国物理学家傅科设计了转镜法测出的光速是298000千米/秒。另外傅科还测出了光在水中的传播速度，它小于光在空气中的速度，彻底否定了光的经典微粒说。 1928年，卡娄拉斯和米太斯塔德首先提出利用克尔盒法来测定光速。1951年，贝奇斯传德用这种方法测出的光速是299793千米/秒。 二、实验仪器 光强调制法测光速实验装置包括：光速测定仪、示波器、信号发生器、透镜2个、直角反光镜、1米长的水管。 三、实验原理 可见光的频率为1014HZ的数量级，超出了所有仪器的响应。在本实验中光源是发光二极管。用50兆赫兹的高频正弦电压信号将光
的强度进行调制，对强度调制光检波后就得到周期大大扩展了的电子学信号。发光二极管所发红光在仪器内调制后，分为两路，一束输入到双踪示波器的X通道；另一束从出射孔射出，见图1。出射光经过直角反射镜改变传播方向，从接收孔又进入到仪器内，输入到示波器的Y通道。这二个频率相同的强度调制波信号在示波器内相干，屏幕上得到李萨如图形。一般而言，这种图形是椭圆。如果两种信号之间的相位差为0或π，李萨如图形为直线。对应于相位差为0和为π的这两条直线应有不同方向，一个在一、三象限，另一个在二、四象限。这两束调制信号之间的相位差与出射光在空气中传播的距离有关。如果直角反射镜靠近出射孔时，两束信号之间的相位差相等（可通过调节仪器上的相位旋钮做到），示波器上得到一条直线。将反射镜移远的过程中，李萨如图形变化为椭圆。椭圆的方位和椭圆度也随距离而改变。当示波器上再度出现直线时，说明示波器中Y分量相位改变了π。即这束调制光程变化了半个波长。考虑到光经过两次平面镜的反射，半个波长等于直角反射镜移动距离l的两倍，或写成λ=4l。已知调制频率f，即可得到光在空气中传播速度: ⑴
实验四 宇宙线缪子飞行时间测量实验报告
实验四宇宙线缪子飞行时间测量 一、实验原理 宇宙线缪子在穿过闪烁体时将沉积能量，从而产生信号。缪子穿过两个相距一定距离的闪烁体产生的信号将会产生时间差，对这个时间差进行测量，再将两个闪烁体紧贴在一起，再次测量信号的时间差，将二者相减，就可以得到缪子飞过这段距离所用的飞行时间，进而得到缪子的速度。 二、实验内容及步骤 1. 按图示中的A图搭建设备，两块闪烁体上下分开一米左右，测量A情况时间分布。 2. 按图示中的B图搭建设备，两块闪烁体紧贴在一起，测量B情况时间分布，估计两组探测器的固有时间差和时间分辨。 3. 测量闪烁体的三维尺寸，及A图中两块闪烁体的间距。 三、实验结果与思考 1、当两个闪烁体紧贴在一起时：
具体时间间隔记录如下： 统计结果如下： 统计直方图如下：
2、当两个闪烁体相距1.11m时：具体时间间隔记录如下：
统计结果如下： 统计直方图如下： 3、根据计算缪子射线的角度与其产生信号的时间差的关系大致为： t=(h/cosθ+h*tanθ)/v
可得： cosθ=2*A*t/(A2*t2+1) (A=v/h) 缪子的角分布为： I=I0*cos2θ 故计数在不同时间差上的分布应该为： N=N0*(2*A*(t0-t)/(A2*(t-t0)2+1))2+N’
用MATLAB中的cftool工具对两组数据进行拟合，可得： （1）当两个闪烁体紧贴在一起时： A=0.2087 N0=5.083 N’=1.551 t0=1.152 （2）当两个闪烁体相距1.11m时： A=1.986 N0=3.832 N’=2.41 t0=1.229 对于两组数据，θ=0，也就是计数最大点所对应的时间差分别为： t1=-1/0.2087+1.152=-3.640ns t2=-1/1.986+1.229=0.725ns 故缪子的飞行时间为： dt=t2-t1=0.725+3.640=4.365ns 飞行速度为： dh/dt=1.11/(4.365*10-9)=2.54*108m/s 可见缪子的飞行速度较为接近光速。 4、该实验之所以可以测量近光速粒子的飞行时间，是因为仪器的时间精度较高，在本次实验中时间的最小刻度值达到了40ps，而近光速粒子穿过一米左右的距离所花费的时间略大于3.33ns，故可以被仪器探测到，且测量的精度较好。测量的关键在于将两
光拍法测量光速(教案)
光拍法测量光速 从17世纪伽利略第一次尝试测量光速以来，各个时期人们都采用最先进的技术来测量光速。现在，光在一定时间中走过的距离已经成为一切长度测量的单位标准，即“米的长度等于真空中光在299792458/1秒的时间间隔中所传播的距离”。光速也已直接用于距离测量，在国民经济建设和国防事来上大显身手，光的速度又与天文学密切相关，光速还是物理学中一个重要的基本的常数，许多其它常数都与它有关，例如光谱学中的里德堡常数，电子学中真空磁导率与真空电导率之间的关系，普朗克黑体辐射公式中的第一辐射常数，第二辐射常数，质子、中子、电子、μ子等基本粒子的质量等都与光速c 相关。正因为如此，巨大的魅力把科学工作者牢牢地吸引到这个课题上来，几十年如一日，兢兢业业地埋头于提高光速测量精度的事业。 [目的] 1.了解声光频移法获得光拍的方法。 2.掌握光拍法测光速的原理和实验方法。 3.熟练掌握用光速测定仪测量光速的技术。 本实验是采用高频声光器件，利用声光频移效应产生150MHz 的拍频波，移动反光镜，用示波器比较近程光与远程光的相位差，求得拍频波的波长和频率，测得光的传播速度。 [仪器] 光速测量仪（LM2000C ）（包括光学系统及光路系统）、多功能等精度频率计（HC-F1000L ）、示波器（YB4320）。 [原理] 1．光拍的产生和传播 根据振动的迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的简谐波相迭加即形成拍。考虑频率分别为1f 和2f （频差21f f f -=?较小）的光束（为简化讨论，我们假定它们具有相同的振幅）： )cos(1111?ω+-=x k t E E )cos(2222?ω+-=x k t E E 它们的迭加 ]2 )(2cos[]2)(2cos[ 22 121212 121??ωω??ωω++-+?-+--=+=c x t c x t E E E E s （1） 是角频率为 2 2 1ωω+，振幅为]2 )(2 cos[ 22 12 1??ωω-+--c x t E 的前进波。 注意到s E 的振幅以频率π ωω22 1-= ?f 周期地变化，所以我们称它为拍频波，f ?就是拍频，如图一所示：
相位法测光速实验--数据及其处理(1)
相位法测光速实验数据及其处理： x2/m t2/μm x1/m t1/μmλ/m 温度 T/℃ 压强 P/kpa e/㎜ Hg n C(×10^8m/s) 0.4422 1.590.03210.99 3.021070000 17.584.6214.998 1.000026043.02114867 0.4300 1.570.0421 1.00 3.007926316 3.00800464 0.4146 1.540.03580.99 3.044174545 3.04425382 0.4282 1.560.0501 1.01 3.038549091 3.03862821 0.4085 1.530.02750.98 3.061854545 3.06193428 0.4510 1.600.0501 1.01 3.003352542 17.884.5915.284 1.000225823.00403076 0.4378 1.580.0439 1.00 3.001789655 3.00246752 0.4427 1.590.0480 1.01 3.007886207 3.00856545 0.4205 1.550.03390.99 3.051378571 3.05206763 0.4420 1.580.0502 1.01 3.038168421 3.03886270 0.4235 1.560.02960.98 3.001789655 17.884.5915.284 1.000225823.00246752 0.4415 1.580.0405 1.01 3.109508772 3.11021096 0.4237 1.560.0490 1.01 3.011225455 3.01190545 0.4259 1.560.0607 1.03 3.045630189 3.04631795 0.4039 1.530.0470 1.01 3.033650000 3.03433506 0.4340 1.570.03000.98 3.026576271 17.984.615.381 1.000225773.02725958 0.4201 1.550.02500.98 3.063757895 3.06444960 0.4182 1.550.03150.99 3.052167857 3.05285694 0.4079 1.540.02360.98 3.033225000 3.03390981 0.4325 1.570.03310.99 3.043703448 3.04439062 0.4066 1.530.02650.98 3.054621818 17.984.615.381 1.000225773.05531146 0.4335 1.570.0362 1.00 3.080817544 3.08151310 0.4249 1.560.03570.99 3.018007018 3.01868839 0.4421 1.580.0521 1.02 3.078214286 3.07890925 0.4290 1.560.03180.99 3.080042105 3.08073749 0.4401 1.580.0371 1.00 3.071137931 17.984.615.381 1.000225773.07183130 0.4282 1.560.03310.99 3.063757895 3.06444960 0.4260 1.560.0391 1.00 3.053746429 3.05803669 0.4050 1.530.02320.98 3.068283636 3.06897636 0.4342 1.570.03410.99 3.049037931 3.04972631
实验论文：光速的测定
普通物理实验III 课程论文 题目光速的测定 学院物理科学与技术学院专业物理学类（师范）年级2014 级 学号222014315231012 姓名张坷 指导教师邓涛 论文成绩 答辩成绩 2015年12 月18日
光速的测定 张坷 西南大学物理科学与技术学院，重庆 400715 摘要：光速的测定在光学的发展史上具有非常特殊而重要的意义。它不仅推动了光学实验的发展，也打破了光速无限的传统观念。本实验将采用一种新颖的方法来精确的测量光速，即通过测调制波的波长和频率来间接测定光速，方便又准确。 关键词：光速；位相法测波长；差频法测相位 引言：光速的测定在16世纪第一次被测量，随着各个时期仪器和技术不断的提高，光速的真实数值的精确度也在不断的提高。1983年，国际计量局召开第七次米定义咨询委员会和第八次单位咨询委员会决定，以光在真空中1/299792458秒的时间内所传播的距离为长度单位米（m）。这样光速的精确值被定义为c=299,792,458m/s。光速不仅是与天文学密切相关，还是物理学中一个重要的基本常数，如光谱学中的里德堡常数，电子学中真空磁导率与真空电导率之间的关系等等。正是因为光速涉及着广泛的学科领域，才吸引着更多的学者去尝试提高光速的测量精度。 一、实验目的 1．了解和掌握光调制的一般性原理和基本技术。 2．通过测量调制波的波长和频率来确定光速。 二、实验原理 （一）利用波长和频率测速度 我们知道光速C=λ·ｆ。由于光的频率很高，直接测量光的速度还在技术上存在很多困难。 如图1所示，假设第一列波为光波，其频率f很高，第2列波为调制在光波上的调制波，其频率f很高，第2列波为调制在光波上的调制波，其频率f比光波底很多。从图中可以看出，调制波的传播速度就是光波的传播速度，这样就有： C=λ′·f′（1） 由于调制波的频率f比光波的频率低很多，所以很容易精确测定，本实验f为100MHz，实验的关键在于测量调制波的波长λ′。