光拍法測量光速

物理設計性實驗實驗報告專業(yè)：熱能與動力工程班級：動力1141姓名：王震學號：1103411135實驗題目光拍法測光速實驗類別定量探究性環(huán)境時間2012、5、23指導教師鞠曙光地點物理實驗室實驗成績一、實驗目的1.了解光拍頻法測量光的頻率和波長，從而確定光速的實驗原理。2.熟練掌握使用LM2000C型光速測量儀測量光速的實驗方法。二、實驗原理介紹根據振動疊加原理：頻差（Δω＝ω1－ω2）較小、速度相同、同向傳播的兩束波疊加形成拍頻。拍頻波場其空間分布為兩束波疊加后的振幅空間分布，形成一個周期性的空間包絡面，頻率為Δf＝Δω/2л，而拍頻波波長為λ。所以，我們即可通過測量出拍頻波的頻率Δf和波長λ來確定光速。用光電探測器接收拍頻波信號，濾去直流成分，即可得到正弦形式的拍頻波信號。若將同一拍頻波分為2路，使其通過不同光程進入同一光電探測器，則該探測器所輸出的兩個光拍信號（即示波器上的正弦波）的位相差Δφ＝ΔωΔL/c＝2лΔfΔL/c，因拍頻波頻率Δf已定，故位相差Δφ由光程差ΔL確定。當兩束拍頻波光程差ΔL＝n?λ時，則位相差Δφ＝n?2л，則此時示波器上的兩拍頻波信號（正弦波）波形完全重合。故此，我們只需要調節(jié)光程，使示波器上相繼出現2次波形重合，則可由儀器上的前后讀數得其光程差ΔL＝λ，而頻率Δf由頻率計測出。三、基本操作與儀器介紹本實驗所用LM2000C型光速測量儀，其基本光路如下：激光束穿過聲光駐波器件產生衍射，在同一級衍射中即包含有多種不同頻率ω的光波（Δω極小、同向、同速）的疊加，故該級衍射其本身就是一列拍頻波信號。這一列拍頻波信號在斬光器上又被分成2路，分別通過不同的光程進入同一個電探測器，并通過示波器將這兩列波信號顯示出來。基本操作為：1.調節(jié)光路使兩列拍頻波都進入光電探測器；2.調節(jié)光程，使出現兩次波形重合，并記下兩次波形重合的光程差；3.記錄拍頻波頻率，并結合光程差ΔL＝λ計算出光速。四、實驗重要步驟1、按“實驗儀器介紹”中的實驗裝置示意圖連接好線路，經檢查無誤，方可接通。2、開啟激光源，調節(jié)“頻率”和“功率”旋鈕，使示波器上圖形清晰、穩(wěn)定。（頻率大約在75MHz±0.02MHz左右，功率指示在量程的60％～100％）3、調整光路,使一級衍射光通過光闌，依次調節(jié)各全反鏡和半反鏡的調整架，使近程和遠程的所有光束在同一水平面內反射、傳播，直至近程光和遠程光分別垂直照射到光電接收器的光敏面上，在示波器顯示屏上出現相應的光拍頻波形。4、調節(jié)斬光器的轉速，同時看到近程光和遠程光的兩個拍頻波的波形，移動棱鏡小車的位置以改變遠程光的光程。當二光拍信號同相(二波形重合)時，兩路光的光程差ΔL等于拍頻波長λ(從不同方向移動“可動鏡”的位置，要求測量2—3次)。信號源的頻率f由頻率計數器測出。具體操作為：①將棱鏡小車A定位于導軌A最左端某處（如5mm處），記為起始值Da（0）；然后，從導軌B最左端移動棱鏡小車B，當示波器上兩條正弦波形完全重合時，記下棱鏡小車B所在位置，記為Db（0），反復5次，取其平均值。②將棱鏡小車A定位于導軌A右端某處（如550mm處），記為起始值Da（2）；然后，從導軌B左端往右移動棱鏡小車B，當示波器上兩條正弦波形再次完全重合時，記下棱鏡小車B所在位置，記為Db（2），反復5次，取其平均值。5、將上述數據填入下表計算光速值，并與公認值c=299792458m/s相比較，并算出相對誤差，進行誤差分析。次數Da（0）Da（2）Db（0）Db（2）Db（0）均值Db（2）均值??均值C＝2*?*｛2*［Db（2）－Db（0）］＋2*［Da（2）－Da（0）］｝誤差12五、實驗中應注意事項1.調好光路之后不要碰到激光器，以免使光路改變；同樣，調好光路之后也不要隨便調整