—光“拍”的传播和光速的测量。
光拍
教师： 中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级：应物09-5 姓名： 刘洋 学号：09131504 同组：王书禾实验4-2 光“拍”的传播和光速的测量【实验目的】1、了解声光频移的基本知识；2、理解光拍频的概念；3、掌握光“拍”法测光速的技术。
【实验原理】１、 光拍的产生与传播根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的平面光波相迭加即形成拍。
假设它们的振幅均为0E ，圆频率分别为1ω和2ω，频差为12ωωω-=∆，沿ｘ轴方向传播，则()11101cos ϕω+-=x k t E E ()22202cos ϕω+-=x k t E E式中的11/2k λπ=和22/2k λπ=为波数，1ϕ和2ϕ为初位相。
这两列迭加后有 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 212121212021ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E 上式表示沿Ｘ轴方向的前进波，其圆频率为221ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆22cos 2120ϕϕϕc x t E 因为振幅以频率πωωπω2212-=∆=∆f 作周期性地变化，所以被称为拍频波。
图4-2-1所示为拍频波场在某一时刻ｔ的空间分布，图中以Λ表示拍频波长。
任何探测器所产生的光电流都只能是在响应时间τ内的时间平均值，即()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆+=1220cos 1ϕϕωc x t gE i （4-2-2） 式中g 为探测器的光电转换常数。
在同一时刻，光电流i 的空间分布如图4-2-2所示。
将直流成份滤掉，即得光拍信号。
而光拍信号的位相差与空间位置ｘ有关。
设空间某两点之间的光程差为L ∆，拍信号位相差为ϕ∆，由（4-2-2）式得cL f c L ∆⋅∆=∆⋅∆=∆πωϕ2 (4-2-3) 将光分为两路，通过不同的光程后入射到同一探测器，输出的两个光拍信号的位相差ϕ∆与光程差L ∆之间的关系仍由（4-2-3）式确定。
光的传播——测量光速的实验步骤
光的传播——测量光速的实验步骤。
光的速度是物理学中最基本的测量之一。
早在17世纪，欧洲科学家开始致力于测量光的速度。
在以后的几个世纪中，科学家们不断改进技术，最终成功地测量了光的速度。
在这篇文章中，我们将介绍一些测量光速的实验步骤。
第一步：设置实验室在进行测量光速的实验之前，必须做好实验室。
必须保持实验室的温度恒定，这是保证实验结果准确的基本条件之一。
我们需要准备一些实验装置，包括光源、接收器和必要的仪器。
接收器用于检测从光源发出的光线，并给出光线的信号。
仪器用于测量这些信号的转变速度，并据此计算出光速。
第二步：测量路径在设置好实验室后，需要设计一条有效的光路，从而保证测量光速的准确性。
为此，通常会使用两个镜子，将光线反射回来。
这样，从光源到接收器的路径就成为一个闭环，可以多次测量光的速度。
第三步：控制实验变量为了控制实验变量，我们需要调整光源的亮度和频率，以达到测量光速的最佳效果。
此外，我们还需要考虑对实验结果的影响，例如光学偏差和偏移，以确保测量结果的准确性。
第四步：记录数据在进行实验时，需要仔细记录每个步骤的数据。
这些数据应包括每次测量的光速、温度和湿度等变量。
通过分析这些数据，我们可以评估实验的准确性，并确定预期的误差范围。
第五步：分析结果我们需要分析实验结果，以确定光速的实际值。
为此，我们使用众所周知的公式 V=d/t，其中V为光速，d为光线传输的距离，t为传输所需的时间。
通过测量d和t，我们可以计算出V的值。
总结：尽管测量光速的实验步骤非常简单，但实验要求高度精确。
在进行实验之前，我们需要仔细设计实验室，并控制实验变量。
最终，通过记录数据和分析结果，我们可以得出准确的光速值。
在现代科技时代，通过测量光速，我们可以推动许多领域的领先技术，例如通信、医疗和工程学等。
因此，探索光的传播是一项非常有意义的研究，将促进我们对世界的更深入了解。
光速的测量
实验1-8光速的测量发布时间：2008-07-09共4页:上一页1[2][3][4]下一页光速测量实验已经历了300多年的历史。
从1676年丹麦天文学家罗迈首次提出有效的测量光速的方法以来，许多科学家采用不同手段对光速进行了测量：包括荷兰物理学家惠更斯、英国天文学家布拉德雷等；法国人菲索采用旋转齿轮法，法国物理学家傅科则利用旋转镜法测空气中的光速；1874年考尔纽也对光速进行了测量。
最有名的是迈克尔逊，他以光速测量为终生目标，自己设计了旋转镜和干涉仪，用来测量光速和波长、折射率和微小长度量。
1879年，他测得光速为299910±5Km/s;1882年测得光速299853±6Km/s,这个结果被公认为国际标准并沿用了40年。
他因此在1907年获得诺贝尔物理学奖。
但人类对光速的测量并未完结，1928年，卡洛拉斯和米太斯塔德首次提出用可尔盒法测定光速，直到1951年贝奇斯传德用这种方法测出光速为299793Km/s.由于光波是电磁波，所以艾森提出了用空腔共振法来测量光速。
其原理是：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，再将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。
1Km/s.1972年，埃文森测得了目前真空中光速的最佳数值：299792457.4±0.1m/s.光速的测量在光学的研究历程中有着重要的意义.光速测量方法和精确度的每一点提高都反映和促进了相应时期物理学的发展.尤其在微粒说与波动说的争论中,光速的测定曾给这一场著名的科学争论提供了非常重要的依据.一.实验目的1．根据波的基本概念，设计光波参数测量的方法。
2．熟悉两种光速测量的实验方法：声光调制法测定光速和利用周期性光信号测定光速。
二.实验原理方法（一）光拍频法(声光调制即光拍法测定光速)(一)光拍的产生和传播在介质中传播超声波时，由于弹性应变导致介质折射率或介电常数的变化。
光速测量的方法完整版
光速测量的方法完整版光速是光在真空中传播的速度，它是物理学中一个重要的常数。
光速的准确测量对于科学研究和工程应用具有重要意义。
本文将介绍几种常见的测量光速的方法，并详细阐述每种方法的原理和步骤。
一、费朗菲法测量光速费朗菲法是一种基于光的干涉现象的测量方法，利用两束相干光的叠加干涉现象来测量光的传播速度。
实验步骤：1.准备一块平行的玻璃板或光路径较长的介质，将光源照射到板上，使光线经过一定的路径后反射回来。
2.调整光源和板之间的距离，使得反射回来的光线与来自光源的光线在其中一点上相干叠加。
3.在相干叠加的区域中放置一个可调节的半透明平板，通过调节平板的倾斜角度，使得反射光和透射光之间的光程差达到最小值。
4.测量半透明平板在达到最小光程差时的倾斜角度。
5.根据半透明平板的倾斜角度和反射回来的光线与来自光源的光线的夹角，可以计算出光在材料中的传播速度。
二、福克频率法测量光速福克频率法利用声波和光波之间的相互作用来测量光速。
通过测量声波在介质中的传播速度以及光在介质中的折射率，可以计算出光速。
实验步骤：1.准备一个声波源和一个光源，将它们放置在介质中。
2.通过控制声波源的频率和光源的发光频率，使得声波和光波在介质中产生共振现象。
3.通过改变声波源和光源之间的距离，测量共振现象的频率。
4.根据声波的频率和声速以及光的频率和折射率，可以计算出光速。
三、飞行时间法测量光速飞行时间法是一种基于光速和时间的测量方法，通过测量光传播的时间和光线的路程来计算光速。
实验步骤：1.准备一个脉冲激光器和一个光传感器，将它们放置在一条直线上。
2.由脉冲激光器发射一束激光，光线经过一段距离后被光传感器接收到。
3.测量激光从发射到被接收的时间差。
4.根据测得的时间差以及光线传播的路程，可以计算出光速。
综上所述，费朗菲法、福克频率法和飞行时间法是几种常见的测量光速的方法。
每种方法都有其独特的原理和实验步骤，通过合理设计实验，并使用精密的测量装置可以测量出光的传播速度。
光拍的传播和光速的测量-
中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：班级材料物理姓名：同组者：教师： 许老师光“拍”的传播和光速的测量实验【实验目的】1、了解声光频移的基本知识；2、理解光拍频的概念；3、掌握光“拍”法测光速的技术。
【实验原理】１、光拍的产生与传播根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的平面光波相迭加即形成拍。
假设它们的振幅均为0E ，圆频率分别为1ω和2ω，频差为12ωωω-=∆，沿ｘ轴方向传播，则()11101cos ϕω+-=x k t E E ()22202cos ϕω+-=x k t E E式中的11/2k λπ=和22/2k λπ=为波数，1ϕ和2ϕ为初位相。
这两列迭加后有⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 212121212021ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E （4-2-1）上式表示沿Ｘ轴方向的前进波，其圆频率为221ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆22cos 2120ϕϕϕc x t E因为振幅以频率πωωπω2212-=∆=∆f 作周期性地变化，所以被称为拍频波。
图4-2-1所示为拍频波场在某一时刻ｔ的空间分布，图中以Λ表示拍频波长。
任何探测器所产生的光电流都只能是在响应时间τ内的时间平均值，即()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆+=1220cos 1ϕϕωc x t gE i （4-2-2） 式中g 为探测器的光电转换常数。
在同一时刻，光电流i 的空间分布如图4-2-2所示。
将直流成份滤掉，即得光拍信号。
而光拍信号的位相差与空间位置ｘ有关。
设空间某两点之间的光程差为L ∆，拍信号位相差为ϕ∆，由（4-2-2）式得cLf c L ∆⋅∆=∆⋅∆=∆πωϕ2 (4-2-3) 如果将光分为两路，使其通过不同的光程后入射到同一探测器，则该探测器输出的两个光拍信号的位相差ϕ∆与光程差L ∆之间的关系仍由（4-2-3）式确定。
光拍法测量光速(教案)
光拍法测量光速从17世纪伽利略第一次尝试测量光速以来，各个时期人们都采用最先进的技术来测量光速。
现在，光在一定时间中走过的距离已经成为一切长度测量的单位标准，即“米的长度等于真空中光在299792458/1秒的时间间隔中所传播的距离”。
光速也已直接用于距离测量，在国民经济建设和国防事来上大显身手，光的速度又与天文学密切相关，光速还是物理学中一个重要的基本的常数，许多其它常数都与它有关，例如光谱学中的里德堡常数，电子学中真空磁导率与真空电导率之间的关系，普朗克黑体辐射公式中的第一辐射常数，第二辐射常数，质子、中子、电子、μ子等基本粒子的质量等都与光速c 相关。
正因为如此，巨大的魅力把科学工作者牢牢地吸引到这个课题上来，几十年如一日，兢兢业业地埋头于提高光速测量精度的事业。
[目的]1.了解声光频移法获得光拍的方法。
2.掌握光拍法测光速的原理和实验方法。
3.熟练掌握用光速测定仪测量光速的技术。
本实验是采用高频声光器件，利用声光频移效应产生150MHz 的拍频波，移动反光镜，用示波器比较近程光与远程光的相位差，求得拍频波的波长和频率，测得光的传播速度。
[仪器]光速测量仪（LM2000C ）（包括光学系统及光路系统）、多功能等精度频率计（HC-F1000L ）、示波器（YB4320）。
[原理]1．光拍的产生和传播根据振动的迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的简谐波相迭加即形成拍。
考虑频率分别为1f 和2f （频差21f f f -=∆较小）的光束（为简化讨论，我们假定它们具有相同的振幅）：)cos(1111ϕω+-=x k t E E )cos(2222ϕω+-=x k t E E它们的迭加]2)(2cos[]2)(2cos[22121212121ϕϕωωϕϕωω++-+⨯-+--=+=c x t c x t E E E E s （1）是角频率为221ωω+，振幅为]2)(2cos[22121ϕϕωω-+--c x t E 的前进波。
光速的测量 光拍法
光速的测量光拍法光拍法是一种测量光速的方法，它基于光在真空中传播的速度是恒定不变的原理。
光拍法的原理是利用光的反射和干涉现象，通过测量光的行进时间来计算光速。
我们需要准备一台精密的光学仪器。
这台仪器包括一个激光发射器和一个光电探测器。
激光发射器会向一个特定的目标发射一束激光，而光电探测器会接收到反射回来的光信号。
在进行实验之前，我们需要确定测量的距离。
这个距离需要足够长，以确保光的行进时间不会被测量误差影响。
一般来说，数百米到数千米的距离是比较合适的。
接下来，我们开始实验。
首先，我们将仪器中的激光发射器对准目标，并启动激光发射器。
激光会以光速传播到目标处，并反射回来。
当反射回来的光信号被光电探测器接收到时，我们就可以记录下这个时间点。
同时，我们还需要记录下激光发射器启动的时间点。
通过这两个时间点的差值，我们可以得到光的行进时间。
通过已知的距离除以光的行进时间，我们就可以计算出光速的值。
这个计算过程非常简单，只需要用距离除以时间即可。
光拍法的优点是测量精度高，可以达到亚微秒级别，而且实验方法较为简单。
但是光拍法也有一些局限性。
首先，它需要较长的测量距离，这对于实验条件来说可能会有一定的限制。
其次，光拍法对仪器的要求比较高，需要使用精密的光学仪器才能进行准确的测量。
除了光拍法，还有其他一些测量光速的方法，如迈克尔逊干涉仪法和法拉第转台法等。
这些方法各有优劣，可以根据实际需求选择合适的方法进行测量。
总结起来，光拍法是一种利用光的反射和干涉现象来测量光速的方法。
通过测量光的行进时间和已知的距离，我们可以计算出光速的值。
光拍法具有测量精度高、实验方法简单等优点，但也有一定的局限性。
通过不断的研究和改进，相信光拍法在光速测量领域会有更广阔的应用前景。
光拍法测定光速
光拍法测定光速光速是一个重要的物理量，准确测量光速一直是物理量测量中的一个十分重要的课题。
光速测量通常是设法测量光通过两个基点之间的长度Ｄ和所用的时间t ，从而得到光速c=D/t 。
这里的长度和时间单位都是独立定义的。
国际单位制中长度的基本单位为米（m ）,长度单位米的定义为“光在真空中在１/(２９９７９２４５８)秒的时间间隔内行进路程的长度。
”国际单位制中时间的基本单位为秒（s ）。
“秒是铯（Se 133）原子基态的二个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的９１９２６３１７７０个周期的持续时间。
”根据米和秒的定义，真空中的光速具有确定的固定数值，c=299792458m/s 。
本实验是用光拍法在实验室进行光速的测定，通过测量拍频频率和用相位比较法测量拍频波 长，从而求得光速。
一、实验目的１．了解光的拍频概念；２．掌握拍频法测量光速的技术。
二、实验仪器光速测定仪，双踪示波器，频率计等。
三、实验原理１．光拍的产生和传播根据振动叠加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的简谐波叠加会形成“拍”。
设两束光的频率分别为f 1和f 2（频差Δf=f 1-f 2较小），则它们的振动方程为 E 1=E 10cos(ω1t-k 1x+φ 1 ) E 2=E 20cos(ω2t-k 2x+φ2 )式中E 10、E 20分别为两束光的振幅。
ω1=2πf 1、ω2=2πf 2分别为角频率。
ccf k 111122ωπλπ===，ccf k 222222ωπλπ===为波矢。
φ1 、φ 2 分别为两束光振动的初相位，c 为光速。
为简化讨论，假定它们的振幅相同，即E 10=E 20=E 0,它们叠加后为()122cos 22cos 221212121021⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=ωωωωωωωωc x t c x t E E E E s式中221ωω+为合振动的角频率。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 221210ωωωωc x t E 为合振动的振幅，可见振幅项不仅仅是空间x 的函数，而且还是时间t 的函数，它以频率πωω221-=∆f 作周期性地变化，这里只有当|ω1-ω2|《ω1+ω2时，才产生“拍”现象。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成绩：
班级；材料物理10-03 姓名；刘兆全。
同组者；李新波。
教师；阎向宏
实验4-2 光“拍”的传播和光速的测量
【实验目的】
1、了解声光频移的基本知识；
2、理解光拍频的概念；
3、掌握光“拍”法测光速的技术。
【实验原理】
１、光拍的产生与传播
根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的平面光波相迭加即形成拍。
假设它们的振幅均为0E ，圆频率分别为1ω和2ω，频差为12ωωω-=∆，沿ｘ轴方向传播，则
()11101cos ϕω+-=x k t E E ()22202cos ϕω+-=x k t E E
式中的11/
2k λπ=和22/2k λπ=为波数，1ϕ和2ϕ为初位相。
这两列迭加后有
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 21212121202
1ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E （4-2-1）
因为振幅以频率π
ωωπω221
2-=∆=
∆f 作周期性地变化，所以被称为拍频波。
图4-2-1所示为拍频波场在某一时刻ｔ的空间分布，图中以Λ表示拍频波长。
用光电探测器接收光的拍频波，，任何探测器所产生的光电流都只能是在响应时间τ内的时间平均值，即
()⎭⎬⎫⎩
⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆+=122
0cos 1ϕϕωc x t gE i （4-2-2） 式中g 为探测器的光电转换常数。
在同一时刻，光电流i 的空间分布如图4-2-2所示。
将直流成份滤掉，即得光拍信号。
而光拍信号的位相差与空间位置ｘ有关。
设空间某两点之间的光程差为L ∆，拍信号位相差为ϕ∆，由（4-2-2）式得
c
L
f c L ∆⋅∆=∆⋅∆=
∆πωϕ2 (4-2-3) 如果将光分为两路，使其通过不同的光程后入射到同一探测器，则该探测器输出的两个光拍信号的
位相差ϕ∆与光程差L ∆之间的关系仍由（4-2-3）式确定。
特别是当πϕ2=∆时，Λ=∆L 恰为光拍的波长，因此有
Λ⋅∆=f c （4-2-4）
在上式中，只要测得了f ∆与Λ则可计算出光速。
２、相拍二光波的获得
，在本实验中我们采用驻波法。
如图4-2-3所示，。
第Ｎ级衍射条纹的圆频率与超声波频率有关，可以写成
()F m n m n ⋅++=220,πωω
式中ｎ，ｍ等于０、土１、土２……，F 为超声波频率。
可见，在同一级衍射条纹内存在许多不同频率的光波，因此用同一级衍射光就可以获得拍频光。
选取第一（1=n ）级，1,0-=m 的两种频率迭加，获得拍频为F 2。
【实验仪器】
光速测定仪、双综示波器、频率计等。
图4-2-4和图4-2-5所示分别为实验装置框图和实验光路图。
【实验内容】
调整仪器（调整方法详见仪器说明书），使光路满足图4-2-5所示要求。
微调信号频率及斩光器转动速度，同时调节透镜，在示波器中观察图4-2-5中（1）（2）两束光的正弦信号波形并使之振幅相等，移动反射镜（3），利用位相比较法由式（4-2-4）计算Ne He -激光在空气中的传播速度。
式中f ∆为F 2，F 值约为MHz 15需要从频率计上精确读出。
由公式Λ⋅∆=f c
C1=(1034.68-21.50)*0.01*2*14.8577mhz=301064546.6m/s C2=(1031.32-21.48)*0.01*2*14.8580mhz=300084054.4m/s C3=(1032.42-21.52)*0.01*2*14.8560mhz=300358608m/s
C4=(1034.12-21.52)*0.01*2*14.8584mhz=300912316.8m/s
C5=(1030.76-21.50)*0.01*2*14.8624mhz=300000516.5m/s
同理根据表1的数据得到几个光速。
平均值为c=300484008.5m/s
相对误差为(300484008.5-299776000)/299776000*100%=0.2362%
【数据分析】
数据相对误差较小，系器械的固有误差。
【思考题】
1 光拍是怎样产生的？它有什么特点？
答：根据振动叠加原理，频率较小，速度相同的两同向传播的平面光播叠加即形成拍。
特点；在同一级衍射条纹内存在许多不同频率的光波，用同一级衍射光就可以获得拍频光。
2 本实验是采用两束光拍频波比较相位的方法来测量光速的，而为什么不用一束光拍频跟据
=f
c来测量光速呢？
∆
Λ
⋅
答：当用两道光同时射入示波器时，在示波器中同时显示两道曲线，可以通过调节激光频率来使两条曲线一致（重合最好），而当用一束光时由于每次只有一道曲线，没有参考标准无法使二者重合，所以必须用一束光
【课后实验总结】
本实验的难点在于远程光路的调节，光从斩光器出来到第一快平面镜上采用固定好第二块，
调节第一块平面镜的原则。
据此原则，对于后面的平面镜，同理; 为了减小实验误差可以通过微调波长和频率的方法。
由于λ=l 而l=光程差==》路程S，所以可以多次测量远程和近程的距离，求其平均值，从而减少误差。
考虑到光在空气——镜面开始反射，所以两镜之间的距离为两镜面之间的距离；对于f，当两路光进入示波器时，启动斩光器，在示波器中显示出两条正弦曲线，调节频率使两条曲线尽可能一致（重合最好），记录频率。
仪器用完后，用铁盖盖上，从而保护好反射镜和激光发生器。