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光速测量实验报告


光速测量实验报告
实验目的: 1. 了解和掌握光调制的基本原理和技术 2. 学习和使用示波器测量同频正弦方波信号相位差的方法 3. 测量光在空气中的速度 实验仪器: 激光器、信号发生器、光接收器、示波器、反射镜等 实验原理 相位φ =κ *d,其中φ 为相位差,κ 为波数,d 为光程差。实验采用平面镜改变 光程差 d,实验中可以通过测量平面镜之间的距离来确定光程差 d。 信号发生器为 直流方波输出, 则激光器发出激光脉冲。激光接收器收到激光信号后输出基频信 号,且输出的信号为一正弦波,前后移动平面反射镜的距离,并测出移动的距离 进而测出光程差Δ d,由于光程差的改变,则信号反射光的信号的相位发生变化, 由示波器上可以确定时间 t1 和 t2,计算出时间差Δ t=∣t1-t2∣,所以光速 c= Δ d/Δ t。下面是测量图:
示波器 激光接收器

平面反射镜

信号发生器

激光器

Δd

实验内容 1. 预习实验的内容,了解实验的目的,理解实验的原理,思考应当怎样把实验 做好,实验过程中都要做什么,同时,复习一下示波器一些基本的使用和各 个按键的功能。为实验做好准备工作。 2. 实验前,认真读完实验仪器的操作说明,了解实验仪器的基本结构,以及实 验仪器各部分在实验中的功能和作用, 分析实验中应该怎样正确的使用仪器, 进入实验状态。 3. 在对实验分析的基础上,正确的连接线,把实验仪器连接摆放好 4. 调试实验仪器, 由于如果反射镜离的太远, 不利于实验中对实验仪器的调试, 因此,在调试仪器阶段应当使反射镜离激光器近。同时,反射镜,激光器, 信号接收器应该保持在同一水平面上。由信号发生器发出一矩形方波,作用 在激光器上使激光器发出光脉冲,由反射镜反射的信号由接收器转换成正弦 波,把正弦波与方波同时输入示波器,由于方波是很稳定的不随反射镜位置 的变化,把触发信号选择成方波。 5. 选择合适的反射镜位置作为基点,然后移动反射镜的位置,测量实验数据Δ d 和Δ t,处理实验数据,可以用线性来求。

6. 整理实验仪器 实验数据
△t/ns s/m 18 5.4 21 6 23 6.6 24 7.2 26 7.8 28 8.4 30 9 34 9.6 35 10.2 35 10.8 38 11.4 40 12 42 12.6 44 13.2 46 13.8 48 14.4 50 15 53 15.6 54 16.2 58 16.8 58 17.4 60 18 62 18.6 64 19.2 67 19.8 68 20.4 70 21 72 21.6 74 22.2 75 22.8 78 23.4 83 24 86 24.6 88 25.2 92 25.8 94 26.4 96 27 98 27.6 101 28.2 102 28.8

102 106 108 110 112 115 116 118 121 123 124 126 128 130
40 35 30 光程差s/m 25 20 15 10 5 0 0

29.4 30 30.6 31.2 31.8 32.4 33 33.6 34.2 34.8 35.4 36 36.6 37.2

光速测量

y = 0.277x + 0.851 R? = 0.997

20

40

60

80

100

120

140

时间△t/ns

绘图如上所示,则可得光速 c=2.77*108 m/s 相对误差为 d=(3.0*108 ? 2.77 ? 108 )/ 3.0*108 =7.6% 实验结论: (1) 实验测出的实验室光速为 c=2.77*108 m/s,与光在真空中的速度的相对误 差为 7.6% (2) 实验误差分析: 实验中数据与真实值有一定的误差,实验误差主要来源与 : 实验仪器的精度造成实验数据测量的误差,以及在读数时也会造成一定 的误差; 杂散光源的影响, 当反射镜的距离远时, 激光反射的强度将减弱, 这是杂散光源的强度与激光器的强度的比例减小,这样,由信号接受器中 接受的信号就有一部分干扰信号,使示波器中的正弦波不是很稳定


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