电动力学课件格林函数电多极矩

电动力学系列实验课件

实验1 光拍频法测量光速 光在真空中的传播速度是一个极其重要的基本物理量，许多物理概念和物理量都与它有密切的联系，困此光速成的测定是物理学中一个十分重要的课题。早在麦克斯韦（Maxwell ）光的电磁理论建立以前，人们已有了光具有一定传播速度的概念。最初是用天文学的方法来测定光速。其中特别值提到的是迈克尔逊(Michelson )和他的同事们在1879~1935年期间，对光速作了多次系统的测量，实验结果不仅验证了光是电磁波，而且深入了解光的本质和为建立新的物理原理提供了宝贵的资料。 激光的出现把光速的测量推向一个新阶段，最先运用激光测定光速是美国国家标准局（发表于1973年）。由于采用了稳频技术，可以得到频率的稳定性与复现性均十分优良的激光辐射，从而使光速的测量精度比以前所有的实验方法都高。1972年美国国爱标准局（N.B.S ）埃文森（K.M.Evenson ）等人测量了甲烷稳频激光的频率，又以86Kr 原子的基准波长测定了该激光的波长值，人而得到光速成的新数值c=299792458m/s ，不确定度为4×10-9。此值为1975年第十五届国际计量大会所确认。 本实验的目的是通过测量光拍的波长和频率来确定光速，掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法，并对声光效应有一初步了解。 一、实验原理 光拍频法测量光速的理论基础是利用光拍的空间分布测出在同一时刻相邻同相位点上的光程差和光拍频率，从而通过计算间接测出光速。 1.1 光拍的形成 根据振动叠加原理，两列速度相同，波振面和传播方向也相同，且相位差又较小的简谐波叠加将形成拍。为简化讨论，设有两束振幅相同（皆为E 0），频率分别为f 1和f 2（频率差Δf = f 1- f 2较小）的光波，则它们的振动方程分别为 )cos(11101φω+-=x k E E )cos(22202φω+-=x k E E 式中E 0为振幅；ω1=2πf 1，ω2=2πf 2分别为这两束光波的角频率；t 为传播时间相应的1 12λπ = k 、2 22λπ = k 称为波数，λ1、λ2为这两束光波的波长；x 为空间传播位置； ?1 和?2为初相位。则这束光波叠加后合振动为 ]2 )(2cos[]2)(2cos[ 22121212 1021φφωωφφωω++++-+--=+=c x t c x t E E E E （3-2-1） 式中 22 1ωω+为合振动的角频率，]2 )(2cos[ 2212 10φ φωω-+--c x t E 为合振动的振幅， c 为光速。由此可见合振动的振幅不仅是空间x 函数，它以角频率2 2 1ωωω-=?作周期性