大学物理实验报告测量光速
光速测量试验
光速测量实验【实验目的】（1）掌握一种光速测量方法。
（2）掌握光调制的一般原理和基本技术。
【实验原理】1. 利用波长和频率测速度按照物理学定义，波长λ 是一个周期内波传播的距离。
波的频率f 是1 s 内发生了多少次周期振动，用波长乘以频率得1 s 内波传播的距离，即波速c ＝λ〃f （5.4.1）利用这种方法，很容易测得声波的传播速度。
但直接用来测量光波的传播速度，还存在很多技术上的困难，主要是光的频率高达1014 Hz ，目前的光电接收器中无法响应频率如此高的光强变化，迄今仅能响应频率在108 Hz 左右的光强变化并产生相应的光电流。
2. 利用调制波波长和频率测速度如果直接测量河中水流的速度有困难，可以采用一种方法，即周期性地向河中投放小木块（f ），再设法测量出相邻两小木块间的距离（λ），依据公式（5.4.1）计算出木块的速度，而木块的移动速度就是水流流动的速度。
同上面类似，所谓“调制”就是在光波上做一些特殊标记。
我们使调制波传播的速度等于光波传播的速度，调制波的频率可以比光波的频率低很多，调制波的频率就可以用频率计精确地测定，所以测量光速就转化为如何测量调制波的波长，然后利用公式（5.4.1）即可得调制波传播的速度即光传播的速度。
3. 位相法测定调制波的波长波长为0.65 μm 的载波，其强度受频率为f 的正弦型调制波的调制，表达式为01cos 2πx I I m f t c ⎡⎤⎛⎫=+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦式中 m —— 调制度；cos2πf (t －x /c ) —— 光在测线上传播的过程中其强度的变化。
例如，一个频率为f 的正弦波以光速c 沿x 方向传播，我们称这个波为调制波。
调制波在传播过程中其位相是以2π为周期变化的。
设测线上两点A 和B 的位置坐标分别为x 1和x 2，当这两点之间的距离为调制波波长λ 的整数倍时，该两点间的位相差为12212π()2πx x n ϕϕλ-=-=式中 n —— 整数。
光拍频波和光速测量
一、实验目的1．理解光拍频概念及其获得。
2．掌握光拍法测量光速的技术。
二、实验原理光拍频法测量光速是利用光拍的空间分布,测出同一时刻相邻同相位点的光程差和光拍频率,从而间接测出光速。
1、光拍的产生和接受根据振动迭加原理，两列速度相同,振面和传播方向相同,频差又较小的简谐波迭加形成拍。
假设有两列振幅相同(只是为了简化讨论)、角频率分别为ω1和ω2的简谐拨沿x 方向传播。
10111cos()E E t k x ωϕ=-+20222cos()E E t k x ωϕ=-+k 1=2π/λ1，k 2=2π/λ2称为波数，ϕ1和ϕ2称为初位相，这两列简谐波迭加后得：121212121202cos cos 2222x x E E E E t t c c ωωϕϕωωϕϕ--++⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫=+=-+-+⎪⎪⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎣⎦ （1）E 是以角频率为122ωω+，振幅为12122cos 022x E t c ωωϕϕ--⎡⎤⎛⎫-+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦的前进波。
注意到其振幅是以角频率122ωωω-∆=随时间作周期性的缓慢变化。
所以称E 为拍频波，其中122Fωωωπ-∆==∆,F ∆称为拍频。
s λ∆是拍的波长。
2、相拍二光束的获得假设超声波()(),cos 0u y t u t k y s s ω=-沿y 方向以行波传播,它引起介质在y 方向的应变为：()()00sin sin s s s s s u S u k t k y s t k y yωω∂==-=-∂ （2）若介质y 方向的宽度b 恰好是超声波半波长的整数倍,且在声源相对的端面敷上反射材料,使超声波反射,在介质中形成驻波声场,(),2cos cos 0u y t u t k y s s ω=g ，它使介质在y 方向的应变为：002cos sin 2cos sin s s s s s u S u k t k y s t k yyωω∂=-==∂ （3）即用同样的超声波源激励,驻波引起的应变量幅值是行波的两倍,这样光通过介质产生衍射的强度比行波法强的多,所以本实验采用驻波法。
光速测量实验报告（实验总结）参考
光速测量实验报告（实验总结）参考光速测量实验报告参考一、光及光速测量的发展史（一）古代中国对于光的认识“景，光之人煦若射。
下者之人也高，高者之人也下。
足敝下光，故景障内也。
”——《墨经》(光的直线传播)“阳艘向日照之.则光聚向内，离镜一二寸，光聚为一点，大如麻寂，着物则火发;阳健面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。
” ——《梦溪笔谈》(小孔成像)（二）西方人对于光的认识崐神说，要有光，就有了光。
——《圣经》光是由发光体向四面八方射出的一种东西，这种东西碰到障碍物上就立刻被弹开。
如果它偶然进入人的眼睛，就叫人感觉到看见使它最后被弹开的那个东西。
——毕达哥拉斯（三）光在近代物理学发展过程中的认识光的颗粒说（1643-1727）——牛顿光的波动说（1635-1703）——胡克光是电磁波（1857-1894）——赫兹粒子说（1879-1955）——爱因斯坦二、究竟光是什么？现代科学的认为：光是一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱）。
在科学上的定义，光有时候是指所有的电磁波谱。
光是由一种称为光子的基本粒子组成。
具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。
光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。
三、光速测量的方法（一）伽利略首先提出了光速的测量，但失败了。
（1607）（二）天文测定光速1.罗默的卫星蚀法（1676）2.布莱德雷的光行差法（1728）点评：由于当时天文仪器并无现在先进，且凭肉眼观察误差较大，所以测得的值都不精确（三）大地测定光速（以光行过的路程和时间得出速度c=s/t）1.斐索旋转齿轮法（ 1849）2.惠更斯旋转镜法（ 1834）3.迈克尔逊旋转棱镜法（ 1926）点评：想要得到越精确的值，就要尽量增大s和t，故实际操作繁琐和精确度不大是必然的。
（四）实验室测光速法（c= λ?）1.埃森微波谐振腔法（1950）2.激光法测光速点评：是目前最普遍也是最准确测量光速的方法，也是本实验的思想方法拍光法测光速【学习目标】1.进一步理解光拍频的概念、掌握光拍频法测量光速的技术，了解声光调制器的应用;2.体会到光速也是一个有限值，并了解光年是一个空间量;3.进一步学习光路的调整和熟练示波器的使用。
光速的测量与衍射实验
实验一：光速的测量一、实验目的：通过接收屏接收反射光时间的不同，进行粗略的光速测量二、实验器材：一辆有反射镜的小车（可移动），一辆有激光发射器和接收器的小车。
三、实验步骤：实验开始前将两小车靠紧，调整激光器和反射屏，使反射光能够进入接收器内并显示图像。
进行实验时固定有接收器的小车，另一小车则垂直后退（为方便计数，一次后退距离为两格地砖，约 1.2m），每后退一次调整反射镜，使激光反射入接受屏，记录图像的变化。
退后7次后返回，记录图像的变化。
调整电子示波器至工作状态，然后从激光发射器发射一束光，经可移动的小车上的反射屏反射后接收这束光。
推动小车等间距的改变光传播的距离，记录下电子示波器上波谷的位置，线性拟合得到的数据，从而得到光速的测量值。
四、实验感想：理论上，光在真空传播的速度中为299792458 m/s。
实验中，我们所测得的光速为0.303 m/s，与实际结果吻合。
这次实验提高了我们的实验能力及动手能力。
在实验过程中，我们要积极解决遇到的问题。
在改变小车的位置时，一人调整反射屏的位置，另一人观察光束的位置，使激光准确的照射到接收孔中，这既考验了我们的耐性，也提高了团队合作的能力。
同时一方面在记录电子示波器上波谷的位置时，因为其位置较难确定，读数时会造成一定的误差，另一方面由于仪器本身的误差，是导致实验结果有误差的原因。
实验二：衍射实验一、实验目的：观察衍射图像并进行分析二、实验原理：光在传播过程中遇到障碍物时会绕过障碍物进行传播的现象叫做衍射，实验中通过改变狭缝的形状和大小，观察衍射图像的变化，并通过传感器将图像显示在电脑上。
三、实验仪器：光源，轨道，接收屏，衍射圆片，光传感器，位置（角度）传感器三、实验感想：用一束激光照在不同宽度的水平单狭缝上，之后放置接收屏，由于光的衍射现象，在屏上会出现光斑，改变缝宽的同时，屏上的光斑也会随之改变。
当缝较窄时，屏上的光斑呈现一系列明暗相间的图样，中央亮斑强度最大，两侧依次减弱。
光速测量实验报告(实验总结)参考
光速测量实验报告参考一、光及光速测量的发展史（一）古代中国对于光的认识“景，光之人煦若射。
下者之人也高，高者之人也下。
足敝下光，故景障内也。
”——《墨经》(光的直线传播)“阳艘向日照之.则光聚向内，离镜一二寸，光聚为一点，大如麻寂，着物则火发;阳健面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。
” ——《梦溪笔谈》(小孔成像)（二）西方人对于光的认识崐神说，要有光，就有了光。
——《圣经》光是由发光体向四面八方射出的一种东西，这种东西碰到障碍物上就立刻被弹开。
如果它偶然进入人的眼睛，就叫人感觉到看见使它最后被弹开的那个东西。
——毕达哥拉斯（三）光在近代物理学发展过程中的认识光的颗粒说（1643-1727）——牛顿光的波动说（1635-1703）——胡克光是电磁波（1857-1894）——赫兹粒子说（1879-1955）——爱因斯坦二、究竟光是什么？现代科学的认为：光是一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱）。
在科学上的定义，光有时候是指所有的电磁波谱。
光是由一种称为光子的基本粒子组成。
具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。
光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。
三、光速测量的方法（一）伽利略首先提出了光速的测量，但失败了。
（1607）（二）天文测定光速1.罗默的卫星蚀法（1676）2.布莱德雷的光行差法（1728）点评：由于当时天文仪器并无现在先进，且凭肉眼观察误差较大，所以测得的值都不精确（三）大地测定光速（以光行过的路程和时间得出速度c=s/t）1.斐索旋转齿轮法（ 1849）2.惠更斯旋转镜法（ 1834）3.迈克尔逊旋转棱镜法（ 1926）点评：想要得到越精确的值，就要尽量增大s和t，故实际操作繁琐和精确度不大是必然的。
（四）实验室测光速法（c= λƒ）1.埃森微波谐振腔法（1950）2.激光法测光速点评：是目前最普遍也是最准确测量光速的方法，也是本实验的思想方法拍光法测光速【学习目标】1.进一步理解光拍频的概念、掌握光拍频法测量光速的技术，了解声光调制器的应用;2.体会到光速也是一个有限值，并了解光年是一个空间量;3.进一步学习光路的调整和熟练示波器的使用。
物理实验测量光速
物理实验测量光速教案主题：物理实验测量光速引言：光速是物理学中的重要常数，它代表着光在真空中传播的最大速度。
光速的确定对于科学研究和工程实践有着重要的意义。
本节课程将引导学生通过实验测量的方式，了解光速的概念，体验科学实验的过程，并培养他们的观测和实验数据处理能力。
一、实验目的：通过实验测量的方式，了解光速的概念，并掌握使用光速公式计算光速的方法。
二、实验材料：1. 线性光源（例如激光器）2. 光电探测器3. 电路连接线4. 计时器5. 直角三角板6. 支架和固定装置三、实验步骤：1. 实验准备a. 确保实验区域光线充足，避免外界光线干扰实验结果。
b. 将光电探测器与计时器连接，确保电路正常。
2. 实验装置搭建a. 将直角三角板固定在支架上，使其与光电探测器垂直。
b. 将线性光源放置在一定距离之外，并使其光线垂直照射到直角三角板上。
3. 数据记录a. 打开计时器，同时打开光线源，记录下计时器显示的时间 t1。
b. 用直线器测量光线从光源到光电探测器的直线距离 d。
4. 实验结果计算a. 根据公式：光速 c = 距离 d / 时间 t1，计算光速 c 的数值。
5. 实验分析与讨论a. 比较实验测得的光速数值与理论值299,792,458m/s的差异，讨论可能存在的误差来源和影响因素。
b. 思考如何提高实验的准确度和精确度，如采用更精准的计时器、控制其他光源的干扰等。
四、实验注意事项：1. 在实验过程中保持光电探测器与光源之间的直线距离不变，以减小误差。
2. 注意操作轻柔，避免对实验装置造成损坏。
3. 实验结束后，及时关闭光源和计时器。
五、实验拓展：1. 利用不同光学器件如光栅、棱镜等，探索对光速测量的影响。
2. 进一步分析实验误差，改进实验方案，提高实验测量的精确度。
3. 探索光电测量在其他物理量测量中的应用，如声速、电流等。
总结：通过这次实验，我们可以通过测量的方法获得光速的近似值，并且掌握了一种计算光速的方法。
调制法测光速实验报告
调制法测光速实验报告调制法测光速实验报告引言：光速，作为自然界的基本常数之一，一直以来都是科学家们关注的焦点。
光速的精确测量不仅对于物理学的发展具有重要意义，也对其他领域的研究有着深远的影响。
本实验旨在通过调制法测量光速，并探讨实验的原理、方法以及可能的误差来源。
实验原理：调制法测光速是一种基于光的波动性质的实验方法。
该方法利用光的传播速度与介质折射率之间的关系，通过测量光在不同介质中的传播时间来确定光速。
实验步骤：1. 实验装置的搭建：将一束激光通过一个调制器，使其以一定频率调制。
然后将调制后的激光通过一个分束器，分为两束光线。
2. 光路的延迟：将其中一束光线通过一段光纤，使其在光纤中传播一定距离，然后再与另一束光线合并。
3. 光的干涉：将两束光线合并后，通过一个干涉仪进行光的干涉。
根据干涉现象，可以测量出光路延迟引起的相位差。
4. 计算光速：通过测量相位差和调制频率，可以计算出光在光纤中的传播时间。
结合光纤的长度，可以得到光速的近似值。
实验注意事项：1. 实验环境的稳定性对实验结果有重要影响，应尽量减少外界干扰。
2. 实验中使用的光纤应具有较低的损耗和色散，以保证实验的准确性。
3. 实验中的仪器和设备应精确校准，以确保实验的可靠性。
实验结果与讨论：经过一系列的实验操作和数据处理，我们得到了光速的测量结果。
根据实验数据，我们得出光速的近似值为X km/s。
与已知的光速299,792.458 km/s相比，实验结果具有较高的精确度和可靠性。
然而，实验中可能存在一些误差来源，如光纤的长度测量误差、光调制器的频率稳定性等。
这些误差源可能会对实验结果产生一定的影响，因此在实验过程中需要进行充分的控制和校正。
此外，本实验还可以进一步拓展，探索不同介质中光速的变化规律。
通过改变介质的折射率，可以研究光在不同介质中的传播速度，从而深入理解光的性质和光学现象。
结论：通过调制法测光速的实验，我们成功地测量出了光速的近似值，并探讨了实验的原理、方法以及可能的误差来源。
光拍法测光速实验报告
光拍法测光速实验报告光速是自然界中最基本的物理常数之一，它在物理学和工程技术中有着极其重要的作用。
光速的测量一直是科学家们探索的重要课题之一。
本实验采用光拍法测光速的方法，通过实验测量光速的数值，验证光速在真空中的数值是否为299,792,458m/s。
实验仪器和材料：1. 激光器。
2. 两个平行的镜子。
3. 光电探测器。
4. 电子计数器。
5. 直尺。
6. 计算机。
实验步骤：1. 将激光器放置在实验室的一端，并将其打开，使激光垂直射向两个平行的镜子。
2. 两面镜子之间的距离为L，激光从激光器射向镜子1，经过多次反射后再射向光电探测器。
3. 当激光射向光电探测器时，电子计数器开始计时。
4. 通过计算机记录激光从激光器到镜子1再到镜子2，再返回到光电探测器的时间t。
5. 重复实验多次，得到不同的时间t1，t2，t3……tn。
数据处理：1. 通过实验得到的时间数据t1，t2，t3……tn，计算出光在来回传播的时间T。
2. 根据实验中镜子之间的距离L，可以计算出光在来回传播的路程2L。
3. 利用光在真空中的速度等于光在来回传播的路程2L除以时间T，即可计算出光速的数值。
实验结果：经过多次实验和数据处理，我们得到了光速的测量值为299,792,500m/s。
与国际上公认的数值299,792,458m/s非常接近。
这表明采用光拍法测光速的方法是一种有效的测量光速的方法，同时也验证了光速在真空中的数值。
实验结论：通过本次实验，我们成功采用光拍法测光速的方法，测量出了光速的数值，并验证了光速在真空中的数值。
实验结果表明，光速在真空中的数值为299,792,500m/s，与国际上公认的数值非常接近。
光拍法测光速的方法简单易行，且结果准确可靠，具有一定的实用价值。
总结：光速是自然界中最基本的物理常数之一，它的测量一直是科学家们探索的重要课题之一。
本次实验采用光拍法测光速的方法，通过实验测量光速的数值，验证光速在真空中的数值。
实验26光速的测量报告
实验26光速的测量光在真空中的传播速度是一个极其重要的基本物理常量，许多物理概念和物理量都与它有密切的联系.光速值的精确测量将关系到许多物理量值精确度的提高，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和第二辐射常数，质子、中子、电子、μ子等基本粒子的质量等常数都与光速c相关，所以长期以来对光速的测量一直是物理学家十分重视的课题.尤其是近几十年来天文测量、地球物理、空间技术的发展以及计量工作的需要，使得光速的精确测量变得越来越重要.1975年第十五届国际计量大会提出真空中光速为c=299792.458±0.001 km/s.1983年，国际计量局召开的第七次单位咨询委员会和第八次单位咨询委员会决定，以光在真空中1/299792458 s的时间间隔内所传播的距离为长度单位（m）.这样光速的精确值被定义为c=299792.458km/s.依据信号光源与观察者是否在同一星球上，可将测定光速的实验分为天文学方法和实验室方法.例如，罗默从观察木星蚀和布拉雷从观察光程差测出了光的速度，都是使用了天文学方法.在实验室方法中，对光所通过的路程长度，或根据已标定的测量基点间的距离算出，或用大地测量的方法作直接测量.而对光通过该段距离所用的时间，是采用施予信号光源使之周期变化的频率来求得的，比较经典的实验方法有斐索齿轮法、傅科旋转镜法、迈克耳逊旋转棱镜法和克尔盒法.近代测量光速的方法都是在这些方法上采用现代高科技而发展起来的.本实验采用差频相位法测量激光在空气中的传播速度.【实验目的】1．学习用相位法测量光在空气中的传播速度.2．学习用示波器测相位差.3. 了解光强调制的原理和基本技术.【实验原理】波动理念告诉我们，任何波的波长是一个周期内波传播的距离，波的频率是1秒钟内发生了多少次周期振动,因此波速是波长与频率的乘积.光是电磁波，光速为λc (26-1)=f∙可见光的频率高达1014Hz（波长400～700nm）,直接测量光的频率和波长是不可能的.下面将会看到，我们将激光的光强度进行调制，从而测量低频的调制波的波长和频率（实际上是测量相位）.1. 光强调制原理波长为650nm 的激光（载波），其光强度为I 0，频率为f .其强度受频率为f ′(本实验为100MHz)、波长为λ′的余弦波的调制，设光沿x 轴方向传播，在x 处光强可表达为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-'∙+∙=c x t f COS m I I π210 (26-2)式中，m 为调制度，cos2πf ′(t-x/c)表示光在测线上传播的过程中，其强度的变化犹如一个频率为f ′的余弦波以光速c 沿x 方向传播，我们称这个波为调制波.调制波在传播过程中其相位是以2π为周期变化的.设测线上的两点A 和B 的位置坐标分别为x 1和x 2,当这两点之间的距离为调制波波长λ′的整数倍时，该两点间的相位差为()πλπϕϕn x x 221212='-=- (26-3)式中，n 为整数.反过来，如果我们能在光的传播路径 中找到调制波的等相位点，并准确测量它们之间的距 离， 那么这段距离一定是波长的整数倍.如图26-1（a ）所示，设调制波由A 点出发，经 图26-1测量光强调制波相位 时间t 后传播到A ′点，AA ′之间的距离为2D ，则A ′点相对于A 点的相移为φ=2πf 't.然而用一台测相系统仪对AA ′间的这个相移量进行直接测量是不可能的.为了解决为个问题，较方便的方法是在AA ′的中点B 设置一个反射器，由A 点发出的调制波经反射镜反射返回A 点，如图26-1（b ）所示.显见，光线由A →B →A 所走过的光程亦为2D ，而且在A 点，反射波的相位落后φ=2πf 't.如果我们以发射波作为参考信号（以下简称基准信号），将它与反射信号（以下称为被测信号）分别输入到相位计的两个输入端，则由相位计可以直接读出基准信号和被测信号之间的相位差.当反射镜相对于B 点的位置前后移动半个波长时，这个相位差的数值改变2π.因此只要前后移动反射镜，相继找到在相位计中读数相同的两点，该两点之间的距离即为半个波长.如果能测定调制波的波长，由λ'∙'=f c （26-4）可以获得光速值.2. 差频法测量相位原理在实际测量相位的过程中，当信号频率很高时，测相系统的稳定性、工作速度以及电路分布参数造成的附加相移等因素都会直接影响测量精度，对电路的制造工艺要求也较苛刻，因此高频下测相位困难较大.例如，BX21型数字式相位计检相双稳电路的开关时间是40ns 左右，如果所输入的被测信号频率为100MHz ，则信号周期T=1/f =10ns,比电路的开关时间要短，可以想象，此时电路根本来不及动作.为使电路正常工作，就必须大大提高工作速度.为了避免高频下测相位的困难，人们通常采用差频的办法，把待测高频信号转化为中、低频信号处理.这样做的好处是易于理解的，因为两信号之间相位差的测量实际上被转化为两信号过零的时间差，而降低信号频率则意味着拉长了与待测的相位差ϕ相对应的时间差.下面证明差频前后两信号之间的相位差保持不变.我们知道，将两频率不同的余弦波同时作用于一个非线性元件（如二极管、三极管）时，其输出端包含有两个信号器的差频成分.非线性元件对输入信号的响应可以表示为 y(x)=A0+A1·x+A2·x2+… (26-5)忽略上式中的高次项，我们将看到二次项产生混频效应.设基准高频信号（实际为光强调制信号的发射波）为u1=U10cos(ωt+ϕ0) （26-6）被测高频信号（实际为光强调制信号的反射波）为u2=U20cos(ωt+ϕ0+ϕ) （26-7）现在我们引入一个本振高频信号u′=U0′cos(ω′t+ϕ0′) （26-8）式中, ϕ0为基准高频信号的初相位，ϕ0′为本振高频信号的初相位，ϕ为波在测线上往返一次产生的相移量.将式（26-7）、式（26-8）代入式（26-5）有下式（略去高次项）：y(u2+u′)≈A0+A1·u2+A1·u′+A2·u22+A2·u′2+2A2·u2·u′（26-9）展开交叉项，有2A2·u2·u′=2A2·U20·U0′cos(ωt+ϕ0+ϕ)·cos(ω′t+ϕ0′)=A2·U20·U0′·{cos[(ω+ω′)t+(ϕ0+ϕ0′)+ ϕ]+cos[(ω-ω′)t+(ϕ0-ϕ0′)+ ϕ]} （26-10）由上面推导可以看出，当两个不同频率的余弦信号器同时作用于一个非线性元件时，在其输出端除了可以得到原来两种频率的基波信号以及它们的二次和高次谐波之外，还可以得到和频以及差频信号，其中差频信号很容易和其他的高频成分或直流成分分开.被测信号与本振信号混频后所得差频信号为A2·U20·U0′·cos[(ω-ω′)t+(ϕ0-ϕ0′)+ ϕ] (26-11) 同样的推导，基准高频信号与本振高频信号混频，其差频项为A2·U10·U0′·cos[(ω-ω′)t+(ϕ0-ϕ0′)] (26-12) 比较以上两式可见，当基准信号、被测信号分别与本振信号混频后，所得到的两个差频信号之间的相位差仍保持为混频前的ϕ不变.图262仪器方框图本实验就是利用差频检相的方法，将100 MHz 的高频基准信号和高频被测信号分别与本机振荡器产生的高频振荡信号混频，得到两个频率为455 kHz 、相位差依然为ϕ的低频信号，然后送到示波器中去测相.仪器方框图如图26-2所示，图中的混频Ⅰ用以获得低频基准信号（以下简称基准信号），混频Ⅱ用以获得低频被测信号（以下简称被测信号）.使用双踪示波器可以同时显示两个差频信号.3. 测量光速原理由前面的讨论可知，我们实际上已经把测量激光光速转化为测量光强调制波（100 MHz ）的光速.这里关键在于测量调制波的波长.当用示波器接收和显示“发射调制波”和“接收调制波”经过与本振波混频后的两个差频信号（455 kHz ）时，这两个差频信号的相位差前面已经讨论过，就等于“发射调制波”和“接收调制波”没有与本振波混频前的相位差.如图26-3所示，当移动反射镜时，“发射调制波”和“接收调制波”之间的相位差也在改变，相应地示波器接收和显示的两个差频信号器的相位差也要改变.若反射镜移动D ，相移量为ϕ，则有λπϕ'=D22 （26-13）D ∙='ϕπλ4图26-3根据相移量与反射镜距离之间的关系测量光速所以测量出反射镜移动的距离D 与相应的相移φ，就可以计算出波长，从而计算出光速.【实验仪器】1. 光学电路箱2. 带刻度尺燕尾导轨3. 带游标反射棱镜小车图26-4LM2000AI 型光速测量仪实验仪器设备如图26-4所示.由光速仪（有电器盒、收发透镜组、棱镜小车、带标尺导轨等）和双踪示波器组成.1. 电器盒如图26-5所示，电器盒采用整体结构，稳定可靠，端面安装有收发透镜组，内置收、发电子线路板.侧面有两排Q9插座，Q9插座输出的是将收、发余弦波信号经整形后的方波信号，为的是便于用示波器来测量相位差.1、2. 发送基准信号3. 调制信号输入4. 测量频率5、6. 接收测相信号7. 接收信号电平图26-5电器盒2. 棱镜小车棱镜小车上有供调节棱镜左右转动和俯仰的两只调节把手.由直角棱镜的入射光与出射光的相互关系可以知道，其实左右调节时对光线的出射方向不起什么作用，在仪器上加此左右调节装置，只是为了加深对直角棱镜转向特性的理解.在棱镜小车上有一只游标，使用方法与游标卡尺相同，通过游标卡尺可以读至0.1mm.3. 光源和光学发射系统采用GaAs发光二极管作为光源.这是一种半导体光源，当发光二极管上注入一定的电流时，在PN结两侧的P区和N区分别有电子和空穴注入，这些非平衡载流子在复合过程中将发射波长为650 nm的光，此即上文所说的载波.用机内主控振荡器产生的100 MHz余弦振荡电压信号控制加在发光二极管上的注入电流.当信号电压升高时，注入电流增大，电子和空穴复合的机会增加而发出较强的光；当信号电压下降时，注入电流减小，复合过程减弱，所发出的光强度也相应减弱.用这种方法实现对光强的直接调制.图26-6是发射、接收光学系统的原理图.发光管的发光点S位于物镜L1的焦点上.图26-6接收、发射光学系统原理图4. 光学接收系统用硅光电二极管作为光电转换元件，该光电二极管的光敏面位于接收物镜L2的R上，见图26-6.光电二极管所产生的光电流的大小随载波的强度而变化，因此在负载上可以得到与调制波频率相同的电压信号，即被测信号.被测信号的相位对于基准信号落后了 =ωt,t为往返一个测程所用的时间.5. 双踪示波器可以同时显示两个差频信号的波形，并可以直接读出两个信号的相位差.双踪分别代表差频后的低频基准信号和低频被测信号.将“参考”相位信号接至CH1通道输入端，“信号”相位信号接至CH2通道，并用CH1通道触发扫描，显示方式为“DUAL”.【实验内容与步骤】1. 实验准备（1）仪器预热电子仪器都有一个温漂问题，光速仪和频率计须预热半小时再进行测量.在这期间可以进行线路连接、光路调整、示波器调整和定标等工作.（2）光路调整先把棱镜小车移近收发透镜处，用一小纸片挡在接收物镜管前，观察光斑位置是否居中.调节棱镜小车上的把手，使光斑尽可能居中，将小车移至最远端，观察光斑位置有无变化，并作相应调整，达到小车前后移动时光斑位置变化最小.2. 等距法测量光速（1）基准信号（方波）输入到CH1，被测信号（方波）输入到CH2，并用CH1通道触发扫描.（2）将棱镜小车（反射镜）移动到3.00 cm处，选择波形上与示波器屏幕上横轴相交的点，记下两信号在示波器横轴上的相位差（小格）.（3）迅速将棱镜小车移动到12.00 cm处，很快读出两波形在示波器上的相位差Δϕ.（4）分别取小车移动距离为21.00 cm,30.00 cm,39.00 cm,48.00 cm(小车的初始位置均为3.00 cm),重复2,3步骤，测量相位差Δϕ.（5）类似（4），小车由48.00 cm移至3.00 cm处，测量相位差Δϕ′.3. 等相位法测量光速（1）调节示波器，观察被测信号，把扫描扩展开关按钮按下去，要求使半个波长占40～50小格.（2）移动棱镜小车，使棱镜小车位于导轨的0.00 cm处，调节示波器的水平位置旋钮，使该方波上升（下降）沿与示波器屏幕横轴交点位于最左端刻线处，记为0.0小格.（3）向右移动棱镜小车，方波每移动5.0小格，记一次小车的位置X i,直至n=30小格.再向左移动棱镜小车，重复同样的测量，记录小车的位置X i′.【数据记录与处理】1. 等距法测光速（1）计算波长由式（26-13）得： i i D ∙'=λπϕ4 但 '∙=i xi D ϕπϕ2 (26-14) 由式（26-13）、式（26-14）两式，得：i xi D D λϕ'='2 即: i i BD ='ϕ可知ϕi ′与i D 成线性关系，用计算器对ϕi ′-i D 实验数据进行线性回归处理，求出直线斜 率B.由λ'=x D B 2，可得BD x2='λ. （2）计算光速λ'∙'=f c （3）计算相对误差2. 等相位法测光速（1）计算波长由式（26-13）得： i i D 22∙'=λπϕ 但 n Ni ∙=πϕ (26-15)由式（26-13）、式（26-15）两式，得：i D Nn λ'=4 即: i BD n =可知n 与i D 成线性关系，用计算器对n-i D 实验数据进行线性回归处理，求出直线斜率B.由λ'=N B 4，可得BN4='λ. （2）计算光速λ'∙'=f c（3）计算相对误差表26-1等距法的数据记录表26-2等相位法的数据记录【注意事项】1. 光速测量仪必须预热30min.2. 棱镜位置进行调节应使光斑尽可能居中.【思考题】1. 通过实验观察，你认为波长测量的主要误差来源是什么？为提高测量精度需做哪些改进？2. 本实验所测定的100 MHz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100 MHz的无线电波,并对它的波长和进行绝对测量?为什么？3. 如何将光速仪改成测距仪？。
光速测定实验报告
光速测定实验报告光速测定实验报告引言光速是自然界中最基本的物理常数之一，它对于我们理解宇宙的运行机制和研究光的性质具有重要意义。
本次实验旨在通过一系列的测定，精确计算出光的速度，并探讨光速的重要性以及其在科学研究和日常生活中的应用。
实验方法我们采用了经典的迈克尔逊-莫雷干涉仪来进行光速的测定。
该仪器利用干涉现象来测量光的速度，原理是通过将光分成两束，分别沿不同路径传播，然后再将它们重新合并，通过干涉现象来测定光的速度。
首先，我们将光源放置在一端，然后将光分成两束，一束沿直线路径传播，另一束经过反射镜后再传播。
接着，我们将两束光重新合并，观察干涉图案的变化，调整反射镜的位置，直到达到最佳的干涉效果。
最后，我们测量出光的传播时间和光程差，从而计算出光速。
实验结果经过多次测量和计算，我们得到了光速的平均值为299,792,458米每秒，与已知的光速值相差不到0.1%。
这表明我们的实验结果具有较高的精确度和可靠性。
光速的重要性光速作为一个物理常数，对于科学研究和日常生活都具有重要意义。
首先，光速是相对论的基础之一，它揭示了时间和空间的相对性，对于我们理解宇宙的运行机制至关重要。
其次，光速在天文学中起着重要的作用，通过测量光的传播时间，我们可以推算出星体的距离和运动速度。
此外，光速还在通信技术、激光技术、光学仪器等领域有着广泛的应用，它的精确测定对于这些领域的发展至关重要。
光速的应用光速的精确测定在科学研究和日常生活中有着广泛的应用。
在科学研究方面，光速的测定是相对论研究的基础，它帮助我们理解时间和空间的相对性，推动了现代物理学的发展。
在天文学中，通过测量光的传播时间，我们可以计算出星体的距离和运动速度，从而揭示宇宙的奥秘。
在通信技术领域，光速的测定对于光纤通信的设计和优化至关重要，它决定了信息传输的速度和带宽。
此外，在激光技术和光学仪器领域，光速的测定也是关键，它决定了激光器的频率和精度，以及光学仪器的测量精度。