tceic.com
学霸学习网 这下你爽了
相关标签
当前位置:首页 >> 自然科学 >>

光速测定-大物实验


光速测量实验介绍 ...

光学部分 浙大物理实验教学中心编制

VELOCITY OF LIGHT : 简介 ...

光速是物理学中一个具有代表性的基本常数。 许多物理概念和物理量都与它有密切的联系。 光速值的精确测量将关系到许多物理量值精确 度的提高,所以长期以来对光速的测量一直是 物理学家十分重视的课题。无论是哪一个时代 ,几乎都动员了最先进的科学技术对光速进行 测量。尤其近几十年来天文测量、地球物理、 空间技术的发展以及计量工作的需要,使得光 速的精确测量已变得越来越重要。光的偏转和 调制,则为光速测量开辟了新的前景,并已成 为当代光通信和光计算机技术的中心课题。

VELOCITY OF LIGHT : 简介 ...

VELOCITY OF LIGHT : 简介 ...

?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,

也打破了光速无限的传统观念;在物理学理论研究的发展里程中,它不仅为粒子说和波 动说的争论提供了判定的依据,而且最终推动了爱因斯坦相对论理论的发展。 ?在光速的问题上物理学界曾经产生过争执,开普勒和笛卡尔都认为光的传播不需要时 间,是在瞬时进行的。但伽利略认为光速虽然传播得很快,但却是可以测定的。1607 年,伽利略进行了最早的测量光速的实验。 ?1849年,法国人菲索第一次在地面上设计实验装置来测定光速。他的方法原理与伽利 略的相类似。他将一个点光源放在透镜的焦点处,在透镜与光源之间放一个齿轮,在透 镜的另一测较远处依次放置另一个透镜和一个平面镜,平面镜位于第二个透镜的焦点处。 点光源发出的光经过齿轮和透镜后变成平行光,平行光经过第二个透镜后又在平面镜上 聚于一点,在平面镜上反射后按原路返回。由于齿轮有齿隙和齿,当光通过齿隙时观察 者就可以看到返回的光,当光恰好遇到齿时就会被遮住。从开始到返回的光第一次消失 的时间就是光往返一次所用的时间,根据齿轮的转速,这个时间不难求出。通过这种方 法,菲索测得的光速是315000千米/秒。由于齿轮有一定的宽度,用这种方法很难精确 的测出光速。

VELOCITY OF LIGHT : 简介 ...

? 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。 ?光波是电磁波谱中的一小部分,当代人们对电磁波谱中的每一种电磁波都进行了精 密的测量。1950年,艾森提出了用空腔共振法来测量光速。这种方法的原理是,微 波通过空腔时当它的频率为某一值时发生共振。根据空腔的长度可以求出共振腔的 波长,在把共振腔的波长换算成光在真空中的波长,由波长和频率可计算出光速。 ?当代计算出的最精确的光速都是通过波长和频率求得的。1958年,弗鲁姆求出光速 的精确值:299792.5±0.1千米/秒。1972年,埃文森测得了目前真空中光速的最佳

数值:299792457.4±0.1米/秒。

VELOCITY OF LIGHT : 实验概要 ...

测本 量实 光验 拍是 的用 波声 长光 和频 频移 率法 来获 确得 定光 光拍 速, 。通 过

光 速 测 量

掌 握 光 拍 法 测 量 光 速 的 原 理 和 实 验 方 法 。

光 拍 法 测 量 光 速

了 解 声 光 频 移 法 获 得 光 拍 的 方 法 。

声 光 频 移 法

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
GY—Ⅲ型光速测定仪原理示意图

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
GY—Ⅲ型光速测定仪原理示意图

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
光拍的形成及其特征:
?根据振动迭加原理,两列速度相同、振面相同、频差较小而同向传播的

简谐波的叠加即形成拍。 ?设有两列振幅E相同(为了讨论问题方便)、频率分别为f1和f2(频差 △f= f1 -f2较小)的二光束:

E1 ? E cos(?1t ? k1 x ? ?1 ) E2 ? E cos(?2t ? k2 x ? ? 2 )
式中, k1 ? 2? / ?1 k2 ? 2? / ?2 为波数, ?1和 坐标原点的初位相。

? 2分别为两列波在

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
光拍的形成及其特征:

若这两列光波的偏振方向相同,这二列波叠加后得:

?1 ? ?2 ?1 ? ?2 x ?1 ? ? 2 x ?1 ? ? 2 Es ? E1 ? E2 ? 2E cos[ (t ? ) ? ] ? cos[ (t ? ) ? ] 2 c 2 2 c 2

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
光拍信号的检测:

?用光电检测器(如光电倍增管等)接收光拍

频波,可把光拍信号变为电信号。因为光电检 测器光敏面上光照反应所产生的光电流与光强 (即电场强度的平方)成正比,即

i0 ? gE

2 s

? g为接收器的光电转换常数。

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
光拍信号的检测:

?光波的频率:

f0 ? 1014 Hz

?光电接收管的光敏面响应频率一般≤

108 Hz

?因此检测器所产生的光电流都只能是在响应

时间τ(
i0 ? 1

1/ f0 ? ? ? 1/ ?f0 ) 内的平均值。
0

i dt ? ??
2

x ? gE {1 ? cos[?? (t ? ) ? ?? ]} c

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
光拍信号的检测:

?结果中高频项为零,只留下常数项和缓变项,

?? 是与拍频 ?f 相 缓变项即是光拍频波信号, 应的角频率, ?? ? ?1 ? ?2 ? 为初位相。 ?可见光检测器输出的光电流包含有直流和光拍 信号两种成分。滤去直流成分 ,检测器输出频 率为拍频 ?f 初相位 ?? ,相位与空间位置有关的光拍信 号。

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
光拍信号的检测:

光拍的空间分布示意图

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
光拍的获得及光速的测量:光拍的获得

?光拍频波产生的条件是二光束具有一定的频率差

(为产生光拍频波,要求相叠加的两光波具有一定的 频差)。 ?使光束产生固定频移的方法很多,利用声波与光波 相互作用发生声光效应是一种最常用的方法。介质中 的超声波能使入射的光束发生衍射,这就是所谓的声 光效应。出射光发生衍射,改变了入射光束的传播方 向,衍射光的频率也产生了与超声波频率有关的频率 移动,可达到获得确定频率差的二光束的目的。 ?声光衍射分为拉曼—奈斯衍射和布拉格衍射两种。 ?本实验是用超声波在声光介质与He—Ne激光束产生 声光效应来实现的。

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
光拍的获得及光速的测量:光拍的获得—产生频移的方法a:行波法

在声光介质内与声源(压电换能 器)相对的端面上敷以吸声材料, 防止声反射,以保证只有声行波

通过介质,如图所示。 超声波在介质中传播,引起折射 率的周期性变化,使介质成为一 个位相光栅,激光束通过介质时 发生衍射。声、光相互作用的结 果,激光束产生对称多级衍射。

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
光拍的获得及光速的测量:光拍的获得—产生频移的方法b:驻波法

用声波的反射,前进波 与反射波在介质中形成 驻波超声场,此时沿超 声传播方向,介质的厚 度恰为超声半波长的整 数倍,这样的介质也是 一个超声位相光栅,它 使激光束产生多级对称 衍射,衍射效率比行波 法要高。

VELOCITY OF LIGHT : 基本原理 ...
光拍的获得及光速的测量:光速c的测量

?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。由公式 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。 ?若两光拍信号的相位差小于2π时,
c ? ?? ? ?f ? X L( 2 F ) x

只要测出X,x,L和F即可计算出光速c的值。

VELOCITY OF LIGHT : 实验方法 ...

?微波谐振腔法 ?激光测速法 ?Kerr盒调制光强法

?光谱学法
?微波干涉仪法

VELOCITY OF LIGHT : 仪器剖析...
光速测定仪:

VELOCITY OF LIGHT : 内容与步骤...
实验内容:

1、分析声光衍射现象。 2、测量光速。

VELOCITY OF LIGHT : 内容与步骤...
实验步骤: ⑴ 检查确认实验线路的连接。 ⑵ 使示波器处于外触发工作状态,Y轴衰减和扫描速度按输入信号适当选择。注意 必须使示波器处于触发工作状态(无外触发信号扫描),否则不能准确比较光拍信 号的位相差。 ⑶ 接通电源开关。 ⑷ 调节电位器,使表头指针指示在5mA左右,待激光器输出稳定后进行实验(15 分钟后激光器输出趋于稳定)。

⑸接通稳压电源开关。指示灯亮,15V电源工作正常。 ⑹使激光束水平通过通光孔与声光介质中的驻声场充分互相作用(已调好 不用再调),调节频率微调旋钮,使产生二级以上最强衍射光斑。 ⑺ 光栏高度与光路反射镜中心等高,使+1或-1级衍射光斑通过光栏入射到 相邻反射镜的中心(已调好不用再调)。 ⑻ 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,打开光电接收器盒上的窗口 可观察激光是否进入光敏面,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。

VELOCITY OF LIGHT : 内容与步骤...
实验步骤:

⑼ 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,8、9两步应反复调节,直到达到要求为止。 ⑽ 由频率计测量信号源的工作频率。 ⑾ 示波器上波形振幅可以通过调节光电二极管(光敏面)的方位来改变,以达到 最大振幅。 ⑿ 接通斩光器的电机开关(在±15V稳压电源上),调节微调旋钮使斩波频率约30 赫兹左右,则借助示波管的余辉可在屏上同时显示出近程光、远程光和零信号的波 形。 ⒀ 手摇移动导轨上的装有正交反射镜的滑块,改变远近光的程差,可使相应二光 拍信号同相(位相差为2π)。 ⒁ 测量光程差ΔL,拍频Δf=2F,其中F为功率信号源的工作频率。 ⒂ 根据公式C=2πfΔL/ΔΦ,计算光速C。

VELOCITY OF LIGHT : 实验动画...

VELOCITY OF LIGHT : 疑难解答 ...

1、光拍是如何形成的? 答:声光频移法获得光拍。 2、实验中采用什么方法获得相拍两光束?
答:光的衍射。

3、分析实验误差来源,并讨论提高实验精度的方法。 答:光路位移差、示波器读数误差。

VELOCITY OF LIGHT : 注意事项 ...

1.光路一定要调正确。 2.远程光和近程光必须保证都进入光电池。 3.入射光要通过声光移频器。 4.禁止打开机壳。 5.实验结束后及时关闭电源。 6.请讲卫生,整理好桌面。

VELOCITY OF LIGHT : 参考资料 ...
1.大学物理实验教程浙江大学出版社。 2.大学物理实验武汉大学出版社。 3.大学物理导论清华大学出版社。 4.普通物理实验高等教育出版社。 5.改变世界的物理学复旦大学出版社。 6.固体物理学中南大学出版社。 7.工程光学机械工业出版社。 8.英汉物理学词汇北京大学出版社。 9.物理实验手册机械工业出版社。 10.普通物理实验高等教育出版社。 11.大学物理通用教程北京大学出版社。 12.现代光学基础北京大学出版社。 13.电子仪器与测量技术中国科技大学出版社。 14.大学物理浙江大学出版社。

VELOCITY OF LIGHT :国际基本单 位…

物理量 长度 质量 时间 电流强度 热力学温度 物质的量 发光强度

符号 m kg s A K mol cd

名称 米 千克(公斤) 秒 安[培 ] 开[尔文] 摩[尔] 坎[德拉]

VELOCITY OF LIGHT :基本物理常 量…
物理量 光速 里德伯常数 电子电荷 普朗克常量 电子静止质量 精细结构常量 第一辐射常量 第二辐射常量 阿伏加德罗常数 维恩位移常量 真空磁导率 电子伏 符号 C R∞ e h m α c1 c2 NA b μ
0

数值 299792458 10973731.568549 1.60217733?10-19 6.6260755 ?10-34 9.1093897 ?10-31 7.29735308 ?10-3 3.7417749 ?10-16 0.01438769 6.0221367 ?1023 2.897756 ?10-3 12.566370614 ?10-7 1.602176462 ?10-19

单位 m/s m-1 C j.s kg

W.m2 m.K mol-1 m.K NA-2 J

eV

VELOCITY OF LIGHT :国际导出单 位… 物理量 符号 名称
频率 力 压强 热量、功、能 功率、辐射通量 电量 电压 电容 电阻 电导 磁通量 磁感应强度 电感 光通量 光照度 活度 吸收剂量 Hz N Pa J W C V F Ω S Wb T H lm lx Bq Gy 赫[兹] 牛[顿] 帕[斯卡] 焦[耳] 瓦[特] 库[仑 ] 伏[特 ] 法[拉 ] 欧[姆 ] 西[门子] 韦[伯] 特[斯拉] 亨[利 ] 流[明] 勒[克斯] 贝克[勒尔] 戈[瑞 ]

表示式 s-1 m.kg.s-2 N/m N.m J/s s.A W/A C/V V/A A/V V.s Wb/m2 Wb/A cd.sr lm/m2 s-1 J/kg

VELOCITY OF LIGHT :单位换算…
1erg=10-7J 1dyn=10-5N 1P=0.1Pa.s 1st=1cm2/s 1Gs=10-4T 1Oe=1000/4π A/m 1Mx=10-8Wb 1sh=1cd/cm2 1Ph=104lx 1Torr=133.322Pa 1kgf=9.80665N 1cal=4.1868J 1Υ =10-9T

再见


推荐相关:

测光速实验报告

光速实验报告_物理_自然科学_专业资料。大学近代物理的测光速实验报告学生...实验结果与分析、实验心得 实验目的: 1.掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法...


光速的测定.doc

光速测定.doc_物理_自然科学_专业资料。北方民族大学 基础物理实验中心 大学物理实验指导书 实验一 动力法测定刚体的转动惯量 光速是物理学中最重要的基本常数之...


西南交大物理实验期末试题-光速测量

西南交大物理实验期末试题-光速测量_理化生_高中教育_教育专区。光速测量实验预习题:光速测量实验_01 出题:魏云 在光速测量实验中,调制波波长的测量方法一般可采用(...


光速测量实验报告

光速测量实验报告_物理_自然科学_专业资料。青岛科技大学 实课程名称 专业班级 指导教师 验实验项目 姓成绩名 报 告光速测量实验 学号日期 2013 年 04 月 11 日...


激光光速测量实验报告

激光光速测量实验报告_物理_自然科学_专业资料。综合物理实验实验报告实验名称:激光光速的测定 系别 理学院物理系 专业班号 光信息 实验日期 2014 年5日 姓名 学号...


测量光速实验数据记录表

光速测定实验原始数据记录表院(系)名称 物理系 专业名称 物理教育 实验课程名称 实验项目名称 实验时间 6 月 11 日 实验指导老师签名 1、原始记录(数据、图表...


测量光速实验报告

光速的测量实验报告院(系)名称 专业名称 实验课程名称 实验项目名称 实验时间 实验成绩果与分析、实验心得 物理系 物理教育 班别 姓名 学号 近代物理实验 光速的...


光速测定实验指导书

光速测定实验指导书_物理_自然科学_专业资料。大学物理实验——光素测定1、LS-III型光速测定仪仪器的用途 HLD-LS-III型光速测定仪由主机和示波器、高频率计等部分...


测量光速实验报告

近代物理实验 光速的测量 实验地点 物理楼实验室 指导老师签名 内容包含:实验目的、实验使用仪器与材料、实验步骤、实验数据整理与归纳(数据、图表、计算等) 、实验...


光速测定

光速测量实验报告 2页 免费 大学物理实验报告答案大全... 27页 5财富值如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。...

网站首页 | 网站地图
All rights reserved Powered by 学霸学习网 www.tceic.com
copyright ©right 2010-2021。
文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@126.com