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实验22光调制法测量光速


实验 22 光调制法测量光速

1.能否对光的频率进行绝对测量,为什么?(目前没有仪器能直接测量,要 测量先要转换为电信号, 目前也没有光电转换接收器能响应频率如此高的光强变化) 提示:如果已知光波长如(0.65 微米,波长可以用光干涉(如迈克尔逊干涉) 测量) ,再 应用本实验的测量方法测出光速,便可间接测出光的频率(C =f *λ) 。绝对测 量是什么意思?指的是直接测量? 2.仪器中光源的波长为 0.65 微米,为什么还要测量波长? 提示:因为实验是对光波进行调制后,通过测量光调制波波长 λ 调和频率 f 调来测量光 速:C =f 调*λ 调,但调制波的波长并不等于原光波波长 0.65 微米。 3.什么是位相法测定调制波的波长?在本实验中是如何实现的?提示:看教 材。
(1)

通过测量调制波传播距离上两点位置处的位相差来间接测量调制波波长 λ 调的

方法就叫做位相法测定调制波的波长。 实验通过对原红光光波进行调制使其变成光电接收器能响应的 100MHz 调制光波 (调制 光波光速不变) ,再通过差频法把高频基准调制波和接受到的高频待测调制波两信号分

别变为 455KZH 的两低频信号(变频后两信号相差不变) ,然后根据 (P.133, (22-3)式) ,应用“等距离法”或“等相位法”来实现) 。 4.红光的波长为 0.65 微米,在空气中只走 0.325 微米就会产生相位差 π。而我 们在实验中却将棱镜小车移动了 0.75 米左右的距离,才能产生相位差 π。这是为什 么?

提示: 所走

,对波长为 0.65 微米的载波(红光)传播中相位改变一个 π

过的距离 0.325 微米,而实验是通过测量调制波波长来测量光速,调制波波长 并不等于 0.65

微米,而是约

米。

5.本实验所测定的是 100MHz 调制波的波长和频率,能否把实验装置改成直 接发射频率为 100MHz 的无线电波并对它的波长和频率进行绝对测量。为什么? 6. 针对“等距法”用作图法处理数据,过程包括正确的画图,如作 D-φ 直线或 D-Δt 直线,和相关计算,最后得到待测量 C。 作图法处理数据示例:等间距测量法—等间距移动反射棱镜,从示波器读出待 测波对基准波的相移时间 ti。调制信号波频率 f 调=108Hz(100MHz),差频信号频率 f′=452.6KHz,T′=1/f′ =1/452.6KHz =2.210μS,反射棱镜移动位置:xi,相应的待测波对基准波的相 移时间:ti 测量数据记录于下表一 表一仪器:数字示波器 M:250nS CH1:500mV CH2:500mV
xi(mm) 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 ti(ns) 360.0 430.0 500.0 570.0 650.0 730.0 810.0 880.0 950.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 70.0 140.0 210.0 290.0 370.0 450.0 520.0 590.0 Di=xi-x0 mm △ti=ti-t0 ns Δφ (弧度) 0.199015 0.398031 0.597046 0.824492 1.051938 1.279385 1.478400 1.677415
i

说明:xi 从导轨上标尺读出,ti 从数字示波器上测出,后三列数据

从测量数据计算得到, 其中各



算出。

作图法处理数据:

由 有



图线斜率





所以光速

由?



?

6













?



所以光速


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