試驗(yàn)十九光速的測量課件

1、實(shí)驗(yàn)十六 光速測定電科091 劉鵬亮前言1.光速測量的意義 光速是物理學(xué)中重要的常數(shù)之一。對光速進(jìn)行精確的測量，能證實(shí)光的電磁本性，而且光速的測量與物理學(xué)中許多基本的問題有密切的聯(lián)系，如天文測量，地球物理測量，以及空間技術(shù)的發(fā)展等計(jì)量工作，對光速的精確測量顯得更為重要，它已成為近代物理學(xué)中的重點(diǎn)研究對象之一。2.光速測量的方法(1)1676年丹麥天文學(xué)家羅默的衛(wèi)星蝕法（測得光速為c=29984060km/s ）(2)1728年，英國天文學(xué)家布萊德雷的光行差法（c=299930km/s）(3)旋轉(zhuǎn)齒輪法（測得c=299793.10.3km/s）(4)旋轉(zhuǎn)鏡法（1851年傅科c=298000500

2、km/s；1926年邁克耳遜：c=299796km/s）(5)微波諧振腔法（1950年埃森測得c=299792.51km/s）(6). 激光測速法(1790年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局和美國國立物理實(shí)驗(yàn)室c=299792.4580.001km/s)(7).光拍頻法【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 用實(shí)驗(yàn)的方法測量光速，并與公認(rèn)的光速比較。2.練習(xí)調(diào)節(jié)光速測量儀?！緦?shí)驗(yàn)原理】1.光拍設(shè)有兩列振幅相同的光波:這兩列波疊加后：其中 ， 稱為拍頻， 是拍的波長。 圖1 光拍頻的波形2.相拍兩光束的獲得-聲光調(diào)制彈光效應(yīng)：超聲波在介質(zhì)中傳播時，會引起介質(zhì)的彈性應(yīng)力或應(yīng)變（或介質(zhì)的密度發(fā)生周期性的疏密變化),從而引起介質(zhì)中光折射率的

3、相應(yīng)變化、影響光在介質(zhì)中的傳播特性，此即彈光效應(yīng)。這種效應(yīng)使聲光介質(zhì)形成一位相光柵時，光柵常數(shù)為超聲的波長 。聲光效應(yīng)激光通過發(fā)生彈光效應(yīng)的介質(zhì)后，出射光發(fā)生多級衍射，使激光束在傳播方向，頻率和光強(qiáng)分布等方面都按一定規(guī)律發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為聲光效應(yīng)。衍射光頻率成份：2級：0，02S，04S，1級：0，03S，05S， 0級：0，02S，04S，1級：0S，03S，2級：0，02S，04S，總結(jié)：光拍的產(chǎn)生過程。（光拍產(chǎn)生的條件：有兩列速度相同，振面和傳播方向相同，頻差又較小的光疊加） 彈光效應(yīng) 同時發(fā)生 聲光效應(yīng) 然后選取0級衍射光（符合光拍產(chǎn)生條件） 實(shí)驗(yàn)用光電二極管接收光拍頻波，其光敏面

4、上產(chǎn)生的光電流大小正比于光拍頻波的強(qiáng)度，所以光電流為 ,式中g(shù)為光敏器件的光電轉(zhuǎn)換常數(shù)。由于光波的頻率很高（f1014HZ），而目前光敏二極管的最短響應(yīng)時間108秒（即最高的響應(yīng)頻率f108HZ左右）。所以，目前光波照射光敏檢測器所產(chǎn)生的光電流只能是響應(yīng)時間內(nèi)的平均值。 3.光拍的接收式中 是光拍頻的角頻率?？梢姽鈾z測器輸出的光電流包含有直流成份和光拍信號成份。如果接收電路把直流成份濾掉，檢測器將輸出頻率為拍頻 ，而相位與空間位置有關(guān)的光拍信號。 圖4 光拍的空間分布 4.光速測量公式推導(dǎo)假設(shè)空間兩點(diǎn)的光程差為 ，對應(yīng)的光拍信號的位相差 ，即 （1）光拍信號的同位相諸點(diǎn)的位相差滿足下列關(guān)系 （

5、2）由（1）（2）式可推導(dǎo)出： （3）當(dāng)取相鄰兩同位相點(diǎn)時， ， 恰好是同位相點(diǎn)的光程差，即光拍頻波的波長，從而有 （4）其中 , 為超聲波頻率 .【實(shí)驗(yàn)儀器】光速測量儀，示波器，米尺等 光速測定儀結(jié)構(gòu)圖 光速測定儀實(shí)物圖【實(shí)驗(yàn)步驟】1.按圖連接好所用儀器。2.接通激光器電源開關(guān)，調(diào)節(jié)激光器工作電流在5mA左右，略大于激光管啟輝電流。3.接通穩(wěn)壓電源開關(guān)，細(xì)心調(diào)節(jié)超聲波頻率，使激光束通過聲光介質(zhì)后產(chǎn)生二級以上明顯的衍射光斑。用光闌選取所需的零級光束?！緦?shí)驗(yàn)步驟】4.用斬光器擋住遠(yuǎn)程光，調(diào)節(jié)近程光路后射入光敏接收器，調(diào)節(jié)光敏接收器方位，使示波器熒屏上能顯示出它的清晰波形。同樣方法，用斬光器擋住近

6、程光，調(diào)節(jié)遠(yuǎn)程光路后射入光敏接收器，調(diào)節(jié)光敏接收器方位，使示波器熒屏上能顯示出它的清晰波形。近、遠(yuǎn)程光光路圖近程光光電信號 遠(yuǎn)程光光電信號【實(shí)驗(yàn)步驟】5接通斬光器電源開關(guān)，示波器上將顯示相位不同的兩列正弦波形。 近程光和遠(yuǎn)程光的光電信號 【實(shí)驗(yàn)步驟】6.移動滑動平臺，改變兩光束的光程差，使兩列光拍信號同相（位相差為2），此時的光程差即為光拍頻波波長。 同相位的近、遠(yuǎn)程光的光電信號 【實(shí)驗(yàn)步驟】7.精確測量兩光束的光程，求出它們的光程差，并從頻率計(jì)測出超聲波的頻率F?！咀⒁馐马?xiàng)】1.聲光頻移器引線等不得隨意拆卸。2切忌用手或其他物體接觸光學(xué)元件的光學(xué)面，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后蓋上防護(hù)罩。3.切勿帶電觸摸激光管電極。4.提高實(shí)驗(yàn)精度，防止假相移的產(chǎn)生。我的實(shí)驗(yàn)結(jié)果F=14.8MHZ光程差 =1065.4-22.9=1042.5cmc=2F =308580km/s感想做實(shí)驗(yàn)需要自己勤動手，勤動腦。物理，就是要看