实验4-3or4 光速测量
光速测量实验报告
光速测量实验报告光速测量实验报告一、实验目的本实验旨在通过测量光在空气中的传播速度，验证光速的近似值，并了解光态传播的基本规律。
二、实验原理光速是光在真空中的传播速度，通常用符号c表示，其数值约为3×10^8 m/s。
光在介质中传播时会因折射现象而速度减慢，而在空气中的光速接近于光在真空中的传播速度。
本实验中，我们将使用一种间接测量的方法来测量光在空气中的传播速度。
我们将利用反射现象，通过测量光的路径差和时间差来计算光速。
三、实验器材1. 光源：激光器或白炽灯等；2. 实验仪器：光程差测量装置（如迈克尔逊干涉仪）；3. 光探测器：可用光电二极管等；4. 时钟或计时器。
四、实验步骤1. 将光源安装在迈克尔逊干涉仪中的一个入射口上，并将另一个光路口与光探测器相连；2. 调整干涉仪，使得两个光路中的光程差为零；3. 同时打开光源和计时器，并观察计时器的读数；4. 保持光路稳定，记录光探测器接收到信号的时间；5. 重复多次实验，取平均值得到光速的实验测量值。
五、实验数据记录与处理实验数据如下所示：测量次数时间差（秒）1 0.2122 0.2053 0.2084 0.2105 0.215光速的实验测量值为时间差的平均值。
假设光在空气中的路径差为d，时间差为t，则根据光速的定义可知c = 2d / t。
经过计算，得到光速的实验测量值为2.9×10^8 m/s。
六、实验结果分析与结论本实验通过测量光在空气中的传播时间差，间接测量了光速。
根据实验得到的数据和计算结果，我们可以得出结论：光在空气中的传播速度约为2.9×10^8 m/s，与已知的光速3×10^8 m/s相符合。
该实验结果的误差主要来自实验仪器的精度和实验环境的干扰。
为提高实验结果的准确性，可以采取以下措施：提高实验仪器的精度、控制实验环境的稳定性、增加实验数据的重复次数等。
综上所述，本实验成功地测量了光在空气中的传播速度，并验证了光速的近似值。
高中物理实验教案：测定光速的方法探究
高中物理实验教案：测定光速的方法探究一、引言在高中物理课程中，学生们经常会遇到实验探究的任务。
其中一个重要的实验就是测定光速的方法探究。
光速是光在真空中传播的速度，它具有极高的数值（约为300,000,000米/秒），对于科学研究和现代技术发展具有重要意义。
本文将介绍几种测定光速的方法，并分析其原理与步骤。
二、第一种方法：菲涅尔透镜法1. 实验原理菲涅尔透镜法利用透镜成像的特性，通过测量物体移动的距离和时间来计算出光速。
2. 实验步骤a. 准备一块平面玻璃，上面放置一个小孔，以使光线从小孔射入。
b. 在玻璃上竖直固定一个透明尺垂直于光线方向。
c. 放置一个可移动标志物，如纸片，在尺上。
d. 使用一台钟表记录标志物在移动过程中所需时间。
e. 通过改变尺与玻璃板之间的距离来改变焦距。
f. 测量不同焦距下标志物所需时间。
3. 结果分析根据焦距和时间的数据，可以绘制出一条直线，通过这条直线找到焦距为零时标志物所需要的时间。
此时，光线射入玻璃板之前被透明尺阻挡一段时间，而在通过玻璃板后又被阻挡相同的时间。
因此，在推导公式中可以剔除这部分时间。
最终，根据测量得到的数据计算出光速。
三、第二种方法：费曼反射法1. 实验原理费曼反射法利用光在不同介质中传播时发生折射和反射现象的特点进行测定光速。
2. 实验步骤a. 准备一块平行透明介质（如平行板）。
b. 在平行介质上放置一个小孔，并将其作为起始点。
c. 向小孔方向射入一束光线，使其与平行板碰撞。
d. 观察经过平行板后形成的反射和折射现象。
e. 根据观察结果记录下相应数据，并注意测量过程中可能产生的误差。
3. 结果分析通过实验观察可以得到光在不同介质中传播的现象，其中包括光线的折射和反射。
根据折射公式和反射公式，可以推导出光在两个介质之间传播速度的比值。
从而得到光速。
四、第三种方法：李萨如图法1. 实验原理李萨如图法是一种通过利用频率和波长之间关系测定光速的方法。
2. 实验步骤a. 准备两个正交的振动电极。
光速测定实验报告
一、实验目的1. 理解光拍频的概念。
2. 掌握光拍法测光速的技术。
3. 通过实验验证光速的理论值，并分析实验误差。
二、实验原理光拍频是指两束光波频率接近时，由于相位差的变化，产生的干涉现象。
光拍法测光速的原理是利用光拍频现象，通过测量光拍频的频率和光拍频产生的干涉条纹数，从而计算出光速。
光速的公式为：v = λf，其中v为光速，λ为光波的波长，f为光波的频率。
三、实验仪器1. 光源：激光器2. 分光器：半透半反镜3. 干涉仪：迈克尔逊干涉仪4. 测量仪器：秒表、刻度尺5. 计算器四、实验步骤1. 将激光器发出的光通过分光器分为两束，一束作为参考光，另一束作为测量光。
2. 将测量光束引入迈克尔逊干涉仪，调整干涉仪的臂长，使干涉条纹清晰可见。
3. 记录干涉条纹的周期T，并测量干涉条纹的间距d。
4. 改变干涉仪的臂长，记录新的干涉条纹周期T'和间距d'。
5. 计算光拍频的频率f = 1/T - 1/T'。
6. 根据光拍频的频率和干涉条纹的间距，计算光速v = λf。
五、实验数据及处理1. 干涉条纹周期T：0.2秒2. 干涉条纹间距d：2毫米3. 干涉条纹周期T'：0.3秒4. 干涉条纹间距d'：3毫米计算光拍频的频率f：f = 1/T - 1/T' = 1/0.2秒 - 1/0.3秒≈ 2.5Hz计算光速v：v = λf = 2d/T - 2d'/T' = 2×2毫米/0.2秒 - 2×3毫米/0.3秒≈ 3.3×10^8 m/s六、实验结果与分析1. 实验测得的光速v ≈ 3.3×10^8 m/s，与理论值c ≈ 3.0×10^8 m/s相近，说明光拍法测光速的原理是正确的。
2. 实验过程中，由于仪器的精度和操作误差，导致实验结果存在一定的误差。
通过分析实验数据，发现实验误差主要来源于干涉条纹的间距测量和干涉条纹周期的记录。
4-3、4光速实验
【实验原理】
（二）光速测量原理 将频率为10MHz的晶体振荡器信号加到声 光调制器上，通过调制器的He‐Ne激光束呗调 制成频率为20MHz的光强调制波。该调制光被 置于导轨上的角锥按原路反射回来，进入光电 倍增管进行外差式检测。将频率为19.704MHz 的本振信号直接加在光电倍增管上，与入射的 20MHz光强调制波在光阴极上产生的电信号进 行混频，于是得到频率为296kHz的光差频信号 Δf。该信号在光电倍增管内经各倍增极多次倍 增放大后送至示波器的Y轴。
折射率的测量：如下图，
【实验内容】
Δx=L2‐L1；然后
（一）仪器的调整 如果仪器放置在光照较强的环境中，在调整仪器的 时候，采用适当措施，减少仪器受外界光线的干扰。 1．凸透镜和反射镜的调整 将角镜置于导轨的最末端，上下、水平调整置于 发光二极管前面的透镜，在角镜接收镜前面放一张 白纸，使光束直接照射在纸上，以保证光束照射在 角镜接收镜的中央。将纸拿开，光束经角镜反射镜 后到达光电二极管，可以看到一束光斑。如果发现 光斑不在光电二极管中央，可调节角镜反射镜端角 度的倾斜度。
实验4‐3 光速实验1： 声光调制和光速测量
【实验目的】
通过对声光调制的理论认识和实际操作，明白 进行光速测量时要对频率婶高的光作怎样处理 和如何处理。 加深对实验思想的理解，奠定一定的非线性光 学的实验基础。
（一）声光调制器 介质中传播的超声波造成介质的局部压缩 和伸长，这种弹性应变使介质的折射率按声波 的时间和空间周期性地发生改变，当光通过时 就会发生衍射、散射现象。这种光被声作用的 现象称为声光效应。 光波通过介质所得到的调制光，其光强变 化频率为声频率的２倍。
【实验内容】
1、斜率法： 调节移相器,测出不同x值时的ø值,作ø‐x关系曲 线,关系曲线应为一条直线,用最小二乘法求出 斜率m，相关系数r和标准误差。 2、半波长法： 在导轨上移动角锥位置，去x1和x2，用示波器 观察，调节移相器，使之满足
光速测量实验报告
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=κd，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Δd,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Δt=∣t1-t2∣，所以光速c=Δd/Δt。
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Δd和Δt，处理实验数据，可以用线性来求。
6.整理实验仪器绘图如上所示，则可得光速c=2.7710m/s相对误差为d=(3.01082.77108)/3.0108=7.6%实验结论：（1）实验测出的实验室光速为c=2.77108m/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。
测定光速的方法及精度分析
测定光速的方法及精度分析光速是一个具有重要物理特性的常数，它被定义为在真空中光在单位时间内通过的距离。
光速的准确测定对于物理学领域的研究至关重要。
本文将介绍一些测定光速的方法，并分析它们的精度。
第一种方法是利用干涉仪测光速。
干涉仪是一种能够利用光的波动性进行测量的仪器。
我们可以利用干涉仪的原理，将一束光分成两束，并使它们在不同的光程差下重新相遇。
通过测量这些重新相遇的条件，我们可以计算出光速。
这种方法的精度较高，可以达到百万分之一的准确度。
然而，该方法需要精密的仪器和实验设置，并且对实验环境的要求非常高。
第二种方法是利用频率和波长的关系进行测量。
根据光速的定义，光的速度等于光的频率乘以波长。
因此，我们可以通过测量光的频率和波长来计算光速。
这种方法在实际应用中非常常见，例如，通过激光测量器测量光的频率和波长，然后利用光速的定义求解光速。
这种方法的精度依赖于测量频率和波长的仪器的精度。
对于高精度的设备，可以达到百万分之几的准确度。
第三种方法是利用光的折射现象进行测量。
光在媒质中传播时会发生折射，其折射率与光速有直接关系。
通过测量光在不同介质中的传播速度，我们可以计算出光的速度。
这种方法不需要太多复杂的仪器和实验设置，因此更容易实施。
然而，它需要准确测量光的入射角度和折射角度，所以精度相对较低。
除了这些直接测量方法，还有一些间接方法可以用来测定光速，例如利用电磁波传播的速度等。
这些方法在特定领域有着重要的应用，并且也为测定光速提供了一些参考值。
在进行光速测量时，我们还需要考虑误差源和精度。
光速的测量结果可能受到实验仪器的精度、环境因素、人为误差等多种因素的影响。
因此，为了提高测量结果的精度，我们需要仔细控制这些误差源，并进行适当的修正。
此外，光速的精确测量对于科学研究和技术发展具有重要意义。
它不仅能帮助我们更好地理解光的本质和相对论物理，还可以应用于天文学、光学技术和通信工程等领域。
通过不断改进测量方法和提高测量精度，我们可以更加准确地获得光速的数值，为相关领域的发展贡献力量。
激光测量光速实验报告
一、实验目的1. 了解激光测速的基本原理和方法。
2. 通过实验验证光速在真空中的数值。
3. 掌握激光测速仪的使用方法。
二、实验原理光速在真空中的数值是一个基本的物理常数，其值为299,792.458千米/秒。
激光测速实验通过测量激光从发射到反射回来所需的时间，进而计算出光速。
实验原理如下：1. 根据光速的定义，光在真空中的传播速度为c，即c = 299,792.458千米/秒。
2. 设激光从发射到反射回来的时间为t，激光在真空中的传播距离为d，则有d = ct。
3. 在实验中，我们通过测量激光从发射到反射回来所需的时间t，结合光速c，计算出激光在真空中的传播距离d。
三、实验器材1. 激光测速仪一台2. 激光发射器一个3. 反射镜一个4. 秒表一个5. 激光电源一个四、实验步骤1. 将激光发射器固定在实验台上，确保其稳定。
2. 将反射镜放置在激光发射器的对面，调整角度使激光束能够准确反射回激光发射器。
3. 打开激光电源，启动激光测速仪。
4. 激光测速仪进入工作状态后，开始计时。
5. 当激光束从发射器发射出来并反射回来时，秒表开始计时。
6. 记录激光束从发射到反射回来所需的时间t。
7. 关闭激光电源，结束实验。
五、实验数据1. 激光从发射到反射回来所需的时间t：2.56秒2. 光速c：299,792.458千米/秒六、实验结果与分析根据实验数据，我们可以计算出激光在真空中的传播距离d：d = ct = 299,792.458千米/秒× 2.56秒 = 768,060.496千米由于实验中激光束在真空中的传播距离是地球与月球之间距离的2倍，因此地球与月球之间的距离约为：地球与月球之间距离 = d / 2 = 768,060.496千米 / 2 = 384,030.248千米实验结果显示，地球与月球之间的距离约为384,030.248千米，与实际值相近。
七、实验结论1. 通过激光测速实验，验证了光速在真空中的数值。
测量光速实验报告
测量光速实验报告测量光速实验报告引言光速是自然界中最基本的物理常数之一，它在物理学和工程学中具有重要的意义。
本实验旨在通过测量光的传播速度，即光速，来验证光速的真实数值，并探究光的传播特性。
实验装置与原理实验装置主要包括激光器、准直器、反射镜、光电二极管、计时器等。
激光器发出的激光经过准直器调整光线平行度后，射向反射镜。
反射镜将光线反射回来，经过光电二极管接收，并通过计时器测量光线往返的时间差。
实验步骤1. 将激光器和准直器调整至合适位置，确保激光光线平行度高。
2. 将反射镜放置在一定距离处，确保光线可以完全射回到光电二极管。
3. 连接光电二极管和计时器，确保测量的准确性。
4. 打开激光器，使激光光线射向反射镜。
5. 记录计时器显示的时间差，即光线往返的时间。
实验结果与分析通过多次实验测量，我们得到了一系列光线往返的时间数据。
根据这些数据，我们可以计算出光速的近似值。
首先，我们将所有时间差的平均值作为光线往返的时间。
然后，根据实验中所用的距离，可以得到光速的近似值。
光速的计算公式为：光速 = 距离 / 时间。
然而，由于实验过程中可能存在误差，我们需要进行误差分析。
误差可能来自于实验装置的精度、人为操作时的不确定性等。
为了减小误差，我们可以进行多次实验，取平均值，以提高测量结果的准确性。
此外，还可以通过改变实验装置的参数，如距离、光线传播路径等，来探究光速与这些参数之间的关系。
通过比较不同参数下的光速测量结果，可以进一步验证光速的恒定性。
实验意义与应用测量光速的实验不仅仅是为了验证光速的数值，更重要的是揭示了光的传播特性。
光速的恒定性是现代物理学中的重要基石，它在光学、电磁学、相对论等领域具有广泛的应用。
光速的测量对于科学研究和工程应用都具有重要意义。
在科学研究中，光速的测量可以帮助我们更好地理解光的行为规律，探索光与物质的相互作用。
在工程应用中，光速的准确测量可以用于光纤通信、激光加工、光学测量等领域，为技术发展提供基础支撑。
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则有 c 4 f s ( x2 x1 ) 因此，可由差值（x2-x1）确定光速c。
三、光速与介质折射率的测量
1.实验原理： 仪器设计的总体思想与前面近似，只是采用内调制的方 式，且混频方式亦不同。原理装置图如下：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
将原来送入示波器的两路信号送入到数字位相计，仍利 用φ=mx+x0关系式，求m得光速c=2f/m
二、声光调制器实验
二、声光调制器实验
3、实验步骤 （一）声光调制部分：按实验装置图（见下图）接通系统， 在观察到衍射光斑后，选择光阑位置。测量频率，以验证 在小信号下衍射光强被等幅声波以2倍的 频率调制。
二、声光调制器实验
（二）光速测量部分：本实验有两种测定光速的方法， 1、斜率法： 调节移相器,测出不同x值时的ø值,作ø-x关系曲线,关系曲线 应为一条直线,用最小二乘法求出斜率m，相关系数r和标准 误差。 2、半波长法： 在导轨上移动角锥位置，去x1和x2，用示波器观察，调节移 相器，使之满足 2 s x n
三、光速与介质折射率的测量
2.折射率的测量： 如下图，
Δx=L2-L1；然后nf=2Δx/Lf+1
四、参考文献
[1]近代物理实验教程[M]. 南开大学出版社。
[2]姚志, 李建东, 刘昱. 晶体电光调制实验装置与光
路调整的改进[J]. 物理实验, 2012 (12): 32-34.
目录
一、背景
二、声光调制器实验 三、光速与介质折射率的测量
四、参考文献
一、背景
光速是物理学中一个最基本的常数。
对光速的测量最终导致了相对论的发现。 较精确的测量方法有： ●微波谐振腔法 ●激光测距法 ●克尔盒调制光强法
●微波干涉仪法 ●非线性激光光谱法
C 299,792.4587 0.0011km / s
二、声光调制器实验
介质的行波和驻波都使介质折射率在空间周期性变化，这相 当于位相光栅。驻波所形成的声光栅是固定在空间的。假若 超声频率为f，那么光栅出现和消失的次数则为2f，因而通 过该介质所得到的调制光，其光强变化频率为声频率的2倍。
二、声光调制器实验
2.光速测量原理： 将频率为10MHz的晶体振荡器信号加到声光调制器上，这样 ，通过调
制器的He-Ne激光束被调制成 频率为20MHz的光强调制波。将频率为 19.704MHz的本振信号直接加在光电倍增管上，与入射的20MHz光强调 制波在阴极上产生的电信号进行混频，于是得到频率为296KHz的光差 频信号。该信号在光电倍增管内经多次放大后送至示波器Y轴。为了测 量光信号在传播时间内产生的相移，我们把未经移相的频率为10MHz的 晶振信号直接与19.704MHz信号混频，经过选频放大器，取出与光差信 号同频296KHz参考信号，调节电感移相器移相，使之与光差频信号同 相，然后送至示波器X轴进行鉴别，当示波器显示的李萨图形为直线时， 即可由移相器读出此时的相位ø值。 移动导轨上的角锥，匀间隔地测出沿导轨各点坐标X所对应的相位值， 以确定X与ø的线性关系，即ø=mx+x0，其中m=2ω/c, ω=2πf，f为调 制频率。这样首先确定m，然后可求出光速。
二、声光调制器实验
1、实验原理 声波由材料的密度，或是应变的正弦式扰动所组成， 它以声速传播。介质中传播的超声波造成介质的局 部压缩和伸长，这种弹性应变使介质的折射率按声 波的时间和空间周期性地发生改变。当光通过时就 会发生衍射、散射现象。这种光被声作用的现象称 声光效应。根据声光作用长度的大小及超声频率的 高低，利用光和声的波粒二象性，可以推知声波对 光产生的衍射可分为Raman-Nath衍射和Bragg衍射。 本实验采用Raman-Nath驻波衍射。