光拍頻法測量光的速度實驗報告

成績評定教師簽名嘉應(yīng)學(xué)院物理學(xué)院近代物理實驗實驗報告實驗項目：光拍頻法測量光的速度實驗地點:班級:實驗項目：光拍頻法測量光的速度姓名：座號:實驗時間：年月曰

一、實驗?zāi)康模毫私饴暪庑?yīng)的應(yīng)用。掌握光拍法測量光速的原理與方法。二、實驗儀器和用具：GSY—IV型光速測定儀，XJ17型通用示波器，E324型數(shù)字頻率計等。三、實驗原理：根據(jù)振動振動迭加原理，兩列速度相同，振面和傳播方向相同，頻差又較小的簡諧波迭加形成拍。假設(shè)有兩列振幅相同（只是為了簡化討論），角頻率分別為①1和①2的簡諧波沿3向傳播。E=Ecos（o一故+甲）E=Ecos（o一故+甲）式中次、10112022廣人1為波數(shù)，甲i和平2為初位相，這兩列簡諧波迭加后得EE1+E2=2E°cos(xA

EE1+E2=2E°cos(xA

t--kC?cos(xA

t--

kc)式中可見，E是以角頻率為氣+①2，振幅為①一①rxa中+中-—12t—1122kc)2的前進(jìn)波。2Ecos光拍信號的位相與空間位置有關(guān)。處在不同空間位置的光電檢測器，在同一時刻有不同位相的光電流輸出。假設(shè)空間兩點A、B（見圖4—5）的光程差為A//，對應(yīng)的光拍信號的位相差△平/，即△平=△①?△///c=赤.A-A///c（4—14）光拍信號的同位相諸點的位相差A(yù)中滿足下列關(guān)系A(chǔ)甲=Aw?A///c=2k?Af-A///c=2兀?n（4—15）則c=Af-A///n式中，當(dāng)取相鄰兩同位相點n=1，A/恰好是同位相點的光程差，即光拍頻波的波長A人。從而有A/=AX=c/Af或c=Af?A（4—16）因此，實驗中只要測出光拍波的波長AX（光程差A(yù)/）和拍頻Af（Af=2f，f為超聲波頻率），根據(jù)（4-16）式可求得光速c值。

四、實驗步驟：本實驗利用聲光調(diào)調(diào)制測量He-Ne激光(入=632.8nm)在空氣中的傳播速度c。并求測量標(biāo)準(zhǔn)偏差°c。與公認(rèn)值比較，求百分誤差。1、實驗裝置的調(diào)試按圖5-36-4(b)聯(lián)接好所用儀器的線路，高頻信號源的信號輸出端接頻率計Fa，打開頻率計開關(guān)，頻率旋鈕置于100Hz,掃頻時間置于0.01s,打開高頻(超聲波)信號源，分頻器y軸輸出端接示波器的y軸輸入端，x軸輸出端接示器x外觸發(fā)(或EXT)。接通激光光源的開關(guān)，調(diào)節(jié)工作電流至4?5mA(或小于4mA),以最大激光光強輸出為準(zhǔn)，預(yù)熱15分鐘，使激光輸出穩(wěn)定，并調(diào)節(jié)激光束與裝置導(dǎo)軌平行。打開示波器電源開關(guān)，y軸增幅旋至2V/diV,x軸掃描時間旋至0.5Ms/diV示波器右下四個旋鈕分別置于：自動、+、內(nèi)、AC。電源正常供電。細(xì)心調(diào)節(jié)超聲波頻接通穩(wěn)壓電源開關(guān)，直流電壓為+15V(紅燈亮)，(a)同相(b)有位相差率，調(diào)節(jié)激光束通過聲光介質(zhì)并與駐聲場充分互相作用(通過調(diào)節(jié)頻移器底座上的螺絲完成)，調(diào)節(jié)高頻信號源頻率微調(diào)旋鈕，使之電源正常供電。細(xì)心調(diào)節(jié)超聲波頻(a)同相(b)有位相差調(diào)節(jié)光闌，用光闌選取所需的(零級或一級)光束，調(diào)節(jié)M0、M1方位，使①②路光都能按預(yù)定要求的光路進(jìn)行。按圖5-36-4(a)中的光路，調(diào)節(jié)各全反射鏡、圖5-36-5半反射鏡調(diào)節(jié)架，使二光束均垂直入射到接收頭窗口，并注意使全反射鏡和半反射鏡處于同一高度，以保證光速通過多次反射后仍處于同一水平面上。圖5-36-5依次用斬光器分別擋?、诼坊颌俾饭馐?，調(diào)節(jié)①路或②路光束使經(jīng)其各自光路后分別射入光敏接收器，調(diào)節(jié)光敏接收器方位，使示波器熒光屏上能分別顯示出它們清晰正弦波，正弦波有位相變化。調(diào)節(jié)出射光束與光探測器光敏面的相對位置，使得兩束光產(chǎn)生的正弦波形幅度相等。當(dāng)兩束程差為拍頻波的波長入時，兩波形完全重合，如圖5-36-5(a)所示，否則有位相差；見圖5-36-5(b)所示。前后移動滑動平板，調(diào)節(jié)兩路光的光程差，使示波器上兩正弦波形完全重合(位相差為2兀)，此時兩路的光程差也即為拍頻波長X。2、測量拍頻的波長。用米尺測量兩光束的光程差以，拍頻頌=2F，其中f為超聲波頻率，由數(shù)字頻率計讀出。精確測定功率信號源的頻率F，反復(fù)進(jìn)行多次，并記錄測量數(shù)據(jù)，根據(jù)公式：c=2F&計算He-Ne激光在空氣中的傳播速度c，并計算標(biāo)準(zhǔn)