—光“拍”的传播和光速的测量。

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。

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。

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。

声光效应与光拍法测光速学号200911141012 姓名 吴洋日期2011.10.20摘要：本实验以氦氖激光器为光源，首先利用声光效应产生光拍频波，测出其频移Δƒ。

再用光束测量仪以双光束相位比较法测出光速c关键词：拍频，声光效应，驻波法，双光束相位比较法引言：光速是物理学中最重要的基本常数之一，也是所有各种频率的电磁波在真空中的传播速度。

光速测量有300多年的历史，伽利略在1607做了世界上第一个测光速的实验，由于条件所限，没有得出确定的结果。

但为以后的实验提供了思路。

此后包括傅科、斐索在内的物理学家用不同方法对光速进行了测量。

现在的光速值由国际计量局推荐 (299792.50±0.10)km/s . 本实验的目的在于使学生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；通过测量光拍的波长和频率来确定光速。

原理：1、 光拍波频根据波的叠加原理，两束传播方向相同，频率相差很小的简谐波叠加，即形成拍。

对于振幅都为E 0，圆频率分别为1ω和2ω且沿相同方向（假设都沿x 方向）传播的两束单色光 ])(cos[1101ϕω+-=cxt E E （1）])(cos[2202ϕω+-=cx t E E （2） 两式叠加后有)]2()(2cos[)]2()(2cos[221212121021ϕϕωωϕϕωω++-+⨯-+--=+=c x t c x t E E E E （3） 当21ωω>，且21ωωω-=∆较小时，合成光波是带有低频调制的高频波，振幅为)]2()(2cos[221210ϕϕωω-+--c x t E ，角频率为221ωω+。

由于振幅以频率πωω221-=∆f 周期性的缓慢变化，我们将之称为光拍频波，f ∆称为拍频。

光拍波频如图1（a ）所示。

图 1 光拍波频的形成及光强在某一时刻的分布2、 拍频信号的检验在实验中，我们用光电检验器接收光信号。

光电检验器所产生的电流与接收到的光强（即电场E 的平方）成正比：I=gE 2 （式4）式中g 为光电转换系数。

光拍法测量光速前言光在真空中的传播速度是一个重要的基本物理常数，许多重要的物理概念和物理量都与它有密切的关系。

麦克斯韦的光的电磁理论中的常数c,一方面等于电荷的电磁单位与静电单位的比值,另一方面它又预示了电磁场的传播速度,即电磁波以光速传播,光是一种电磁波.此后首先被赫兹的实验所证实。

历史上围绕运动介质对光的传播速度的影响问题，曾做过许多重要实验；同时在实验上和理论上作过各种探讨，最终导致了爱因斯坦相对论的建立。

光的速度与许多物理量有关，例如电磁学中的真空电容率ε0与真空磁导率μ0，里德伯常数R ，质子、中子、电子、μ子等基本粒子的质量等。

因此光速值的精确测量将关系到许多物理量值精度的提高，它是一项十分重要的课题。

自17世纪伽利略第一次测定光速以来，在各个时期，人们都用当时最先进的技术和方法来测量光速。

1941年美国人安德森用电光调制法，即利用克尔盒作为一个光开关，调制光束，使光强产生1.9×107赫的变化，测得光速值为2.99766×108m/s 。

此值的前四位与现在的公认值一致。

1966年卡洛路斯，赫姆伯格用声光频移法，产生光拍频波，测量光拍频波的波长和频率，测得光速c=(299,792.47±0.15)×103m/s 。

1970年美国国家标准局和美国国立物理实验室最先用激光作了光速测定。

根据波动基本公式c=λυ，之间测量光波波长与光波频率而求得c 的数值。

光的波长是用迈克耳孙干涉仪来直接测定;光波的频率是通过一系列混频、倍频、差频技术，利用较低频率的电磁波去测量较高频率，再以较高频率测量更高频率，最后达到测得光频的目的。

因此，于1975年第十五届国际计量大会提出了真空中光速为：c=(299,792,458±1) m/s 。

1983年国际计量局召开的第七次米定义咨询委员会和第八次单位咨询委员会决定，以光在真空中458,792,2991秒时间间隔内所传播的距离，作为长度单位米的定义。

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。

光拍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，因此光速的测量是物理学中的一个十分重要的课题。

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。

＜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。

＜实验原理＞1．光拍的产生和传播：根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的简谐波相迭加即形成拍。

考虑频率分别为f 1和f 2（频差Δf = f 1 – f 2较小）的光束(为简化讨论，我们假定它们具有相同的振幅)：E 1＝E cos( ω1t – k 1x + φ1 ) E 2＝E cos( ω2t – k 2x + φ2 )式中：k 1 = ω1 / c ，k 1 = ω2 / c ，ω1 = 2π f 1，ω2 = 2π f 2。

它们的迭加：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 22121212121ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E s （1） 是角频率为221ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 22121ϕϕωωc x t E 的前进波。

注意到s E 的振幅以频率πωω221-=∆f 周期地变化，所以我们称它为拍频波，f ∆就是拍频，如图一所示：⎥⎦⎢⎣+⎪⎭ ⎝-22cos 2121c t我们用光电检测器接收这个拍频波。

因为光电检测器的光敏面上光照所产生的光电流系光强（即电场强度的平方）所引起，故光电流为：2s c gE i = （2）图一 光拍频的形成g 为接收器的光电转换常数。

把（l ）代入（2），同时注意：由于光频甚高（Hz 1014>c f ），光敏面来不及反映频率如此之高的光强变化，迄今仅能反映频率108 Hz 左右的光强变化，并产生光电流，将i c 对时间积分，并取对光检测器的响应时间)11(ft f t c ∆<<的平均值。

用光拍频法测量光速光速一般是指光在真空中的传播速度，实验测得各种波长的电磁波（广义的光）在真空中的传播速度都相同。

据近代的精确测量，光速为。

它是自然界重要常数之一。

近代物理学理论的两大支柱之一——爱因斯坦的相对论，是建立在两个基本“公设”之上的，这两个公设之一就是“光在空虚空间里总是以确定的速度v 传播着”s m /102.997924588×1，即通常所说的真空中光速不变。

由麦克斯韦电磁理论得到电磁波在真空中的传播是一个恒量，通过电磁学测出的这一恒量与实际测定的光速十分接近，于是麦克斯韦提出了光的电磁理论，认为光是在一定频率范围内的电磁波。

1887年的“迈克尔逊——莫雷实验”表明光速在任何惯性系都是不变的。

爱因斯坦采用了麦克斯韦的理论作为他相对论的基础之一，而迈克尔逊——莫雷实验是相对论的重要实验基础。

目前光速测量技术，如光脉冲测量法、相位法等，还用于激光测距仪等测量仪器。

实验目的1. 理解光的拍频概念。

2. 掌握拍频法测量光速的技术。

实验原理1．光拍的产生和传播两个同方向传播、同方向振动的简谐波，如果其频率差远小于它们的频率时，两波迭加即形成拍。

考虑满足上述条件的两束光，频率为f 1 和f 2 ,且f f f 12−<<1 及f f f 12−<<2 ，设两光强相等，初相为 0，沿 x 方向传播：)(cos )(cos 202101cx t E E c x t E E −=−=ωω （1）1 爱因斯坦 “论动体的电动力学”，1905年9月可推导出合成波E s 的方程：)](22cos[)](22cos[2 )](2cos[)](2cos[2121201212021c x t f f c x t f f E cx t c x t E E E E s −+⋅−−=−+⋅−−=+=ππωωωω （2） 可见合成波是频率为 2)(12f f + ，振幅为222021E f f t x ccos[()]π−− 的行波。

光拍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， 因此光速的测量是物理学中的一个十分重要的课题。

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。

一、实验目的1． 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。

2． 通过测量光拍的波长和频率来确定光速。

二、原理根据振动叠加原理， 频差较小， 速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。

若有振幅 相 同 为 E 、 圆 频 率 分 别 为 1 和 2 （ 频 差12 较小）的二光束：E 1 E 0 cos( 1t k 1 x 1)E 2 E 0 cos( 2 t k 2 x 2)式中 k 12 / 1 ， k 2/2 为圆波数，1 和2分别为两列波在坐标原点的初位相。

若这两列光波的偏振方向相同，则叠加后的总场为：图 1 拍频波场在某一时刻 t 的空间分布E E 1E 22E 0 cos[1 2x ) 1212(t x ) 12(t] cos[2 ]2 c2c2上 式 是 沿 x 轴 方 向 的 前 进 波 ， 其 圆 频 率 为 ( 12) / 2， 振 幅 为2E 0 cos[(t x ) 1 2f/ 4] ，因为振幅以频率为周期性地变化，所以2c2被称为拍频波， f称为拍频。

如果将光频波分为两路，使其通过不同光程后入射同一光电探测器， 则该探测器所输出的两个光拍信号的位相差 与两路光的光程差L 之间的关系 仍 由 上 式 确 定 。

当2时 ， L=, 恰 为 光拍 波 长 ， 此 时 上 式 简 化 为 ：cf，可见，只要测定了和f ，即可确定光速 c 。

为产生光拍频波 , 要求相叠加的两光波具有一定的频差, 这可通过超声与光波的相互作用来实现。

超声 (弹性波 )在介质中传播 ,使介质内部产生应变引起介质折射率的周期性变化 ,就使介质成为一个位相光栅。

光拍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，因此光速的测量是物理学中的一个十分重要的课题。

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。

＜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。

＜实验原理＞1．光拍的产生和传播：根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的简谐波相迭加即形成拍。

考虑频率分别为f 1和f 2（频差Δf = f 1 – f 2较小）的光束(为简化讨论，我们假定它们具有相同的振幅)：E 1＝E cos( ω1t – k 1x + φ1 ) E 2＝E cos( ω2t – k 2x + φ2 )式中：k 1 = ω1 / c ，k 1 = ω2 / c ，ω1 = 2π f 1，ω2 = 2π f 2。

它们的迭加：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 22121212121ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E s （1） 是角频率为221ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 22121ϕϕωωc x t E 的前进波。

注意到s E 的振幅以频率πωω221-=∆f 周期地变化，所以我们称它为拍频波，f ∆就是拍频，如图一所示：⎥⎦⎢⎣+⎪⎭ ⎝-22cos 2121c t我们用光电检测器接收这个拍频波。

因为光电检测器的光敏面上光照所产生的光电流系光强（即电场强度的平方）所引起，故光电流为：2s c gE i = （2）图一 光拍频的形成g 为接收器的光电转换常数。

把（l ）代入（2），同时注意：由于光频甚高（Hz 1014>c f ），光敏面来不及反映频率如此之高的光强变化，迄今仅能反映频率108 Hz 左右的光强变化，并产生光电流，将i c 对时间积分，并取对光检测器的响应时间)11(ft f t c ∆<<的平均值。

物理设计性实验实验报告专业：热能与动力工程班级：动力1141姓名：王震学号：1103411135一、实验目的1.了解光拍频法测量光的频率和波长，从而确定光速的实验原理。

2.熟练掌握使用LM2000C型光速测量仪测量光速的实验方法。

二、实验原理介绍根据振动叠加原理：频差（Δω＝ω1－ω2）较小、速度相同、同向传播的两束波叠加形成拍频。

拍频波场其空间分布为两束波叠加后的振幅空间分布，形成一个周期性的空间包络面，频率为Δf＝Δω/2л，而拍频波波长为λ。

所以，我们即可通过测量出拍频波的频率Δf和波长λ来确定光速。

用光电探测器接收拍频波信号，滤去直流成分，即可得到正弦形式的拍频波信号。

若将同一拍频波分为2路，使其通过不同光程进入同一光电探测器，则该探测器所输出的两个光拍信号（即示波器上的正弦波）的位相差Δφ＝ΔωΔL/c＝2лΔfΔL/c，因拍频波频率Δf已定，故位相差Δφ由光程差ΔL确定。

当两束拍频波光程差ΔL＝n•λ时，则位相差Δφ＝n•2л，则此时示波器上的两拍频波信号（正弦波）波形完全重合。

故此，我们只需要调节光程，使示波器上相继出现2次波形重合，则可由仪器上的前后读数得其光程差ΔL＝λ，而频率Δf由频率计测出。

三、基本操作与仪器介绍本实验所用LM2000C型光速测量仪，其基本光路如下：激光束穿过声光驻波器件产生衍射，在同一级衍射中即包含有多种不同频率ω的光波（Δω极小、同向、同速）的叠加，故该级衍射其本身就是一列拍频波信号。

这一列拍频波信号在斩光器上又被分成2路，分别通过不同的光程进入同一个电探测器，并通过示波器将这两列波信号显示出来。

基本操作为：1.调节光路使两列拍频波都进入光电探测器；2.调节光程，使出现两次波形重合，并记下两次波形重合的光程差；3.记录拍频波频率，并结合光程差ΔL＝λ计算出光速。

四、实验重要步骤1、按“实验仪器介绍” 中的实验装置示意图连接好线路，经检查无误，方可接通。

2、开启激光源，调节“频率”和“功率”旋钮，使示波器上图形清晰、稳定。

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+φ1 )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。

cc f k 111122ωπλπ===，cc f k 222222ωπλπ===为波矢。

φ1 、φ2 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。

光速的测量方法
光速是一种物理常数，代表光在真空中传播的速度。

在科学研究和工程技术中，准确测定光速是非常重要的。

下面介绍几种测量光速的方法。

一、弗劳恩霍夫干涉法
弗劳恩霍夫干涉法是一种间接测量光速的方法。

将一束光分成两束，使其沿着不同的路径行进，之后再将它们合并在一起，产生干涉现象。

通过调节其中一束光的路径差，例如通过移动反射镜或改变其角度，可以产生明显的干涉条纹。

测量这些条纹的间距和路径差，可以求得光速。

二、法拉第法
法拉第法是一种利用电磁学原理测量光速的方法。

当光通过介质时，会产生一个电场和一个磁场。

如果将一个透明的介质放在两个交替的电极之间，当电场变化时，会在介质内产生一个电流。

测量这个电流随时间的变化可以求得光速。

三、哈密顿方法
哈密顿方法是一种利用光在介质中传播速度的变化测量光速的方法。

通过在介质中测量光的折射角度和入射角度，可以求出光在该介质中的折射率。

之后通过多次反射和折射，可以测量光在这个介质中传播的距离。

由于光在介质中的传播速度与介质的折射率有关，因此可以通过这个方法测量光速。

总之，测量光速是一项重要的科学研究和工程技术任务。

各种不
同的测量方法都有其优缺点，需要根据具体情况选择合适的方法进行测量。