光拍频法测量光的速度实验报告

广东第二师范学院实验预习报告院（系）名称物理系班别姓名专业名称物理教育学号实验课程名称近代物理实验实验项目名称光拍频法测量光的速度【实验目的】1、了解光速测定仪的内部结构。

2、学会使用光速测定仪。

3、掌握利用示波器，光速测定仪测量光程，时间，计算光速。

【实验原理简述】如果光信号的调制频率为? ，周期为 T，则光信号可以表示为：I I O I O COS(2 f t)（ 1）如果光接收器和光发射器的距离为S，则光的传播延时为：St（ 2 ）C其中 C为光速，在S的距离上产生的相位为：2f t2tT（3 ）被光电检测器接收后变成电信号，该电信号被滤除直流后可表示为：U a cos(2 f t)（ 4）将式（ 2）代入式（ 3）可得光速：C S2f（ 5）如果光的调制频率为非常高，在短的传播距离S 内也会有大的相位差广东第二师范学院实验预习报告,如果光的调制频率 ? =60.00MHZ，则 S=5M时就会使光信号的相位移达到一个周期2，然而高频信号的测量和显示是非常不方便的，普通的数字示波器不能用于高频信号的相位差测量。

设在接收端还有一个高频信号? ，=59.90MHZ作为参考信号。

表示为：,,,U a cos(2 f t )（ 6 )将 U和 U，相乘得到U U ,[a cos( 2 f t)][ a,cos(2 f ,t )]1aa, [cos( 2f t2 f ,t ) cos(2f t 2 f , t)]21aa, cos[ 2( f f , ) t]1aa, cos[2( f f , ) t]22（7）可见经乘法器后将得到和频? +? =60.00+59.90=119.00MHZ 和差频 ? - ? =60.00-59.90=100KHZ 的混合信号。

将该混合信号通过一个中心频率为100KHZ的带宽为 10KHZ的滤波器后，和频信号将被滤除，差频信号将保留。

（7）式将变为：U 1a1 COS(2 f 1 t)（8）该信号的频率仅为100KHZ，可以很容易的被低频示波器观测到。

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。

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。

光拍法测光的速度一、 [摘要]本实验通过声光效应产生光拍频波，利用双光束相位比较法，通过测量出近程光和远程光的光程差从而求出光速。

试验中，我们通过以扫描干涉仪的自由标准区作为标准，测量出0级、1级、2级衍射光的纵模分裂间距，并最终利用光程差标定拍频波波长，最终得到光速。

[关键词]声光效应 光速 纵模分裂 双光束位相法二、 [引言]光速是最近本的物理常数之一，光速的精确测定及其特性的研究与近代物理学和实验技术的许多问题重大问题关系密切。

早在麦克斯韦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。

迈克尔逊和他的同事们在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，而且为深入地了解光的本性和为建立新的物理原理提供了宝贵的资料。

而1960年激光的出现以后，把光速的测量推向一个新阶段。

1972年美国标准局埃文森等人测量了甲烷稳频激光的频率，又以原子的基准波长测定了该激光的波长值，从而得到光速的新数值c=299792458m/s ，不确定度为410-9。

此值为1975年第十五届国际计量大会所确认。

本实验采用光拍法测定光速，通过实验使大家加深了对光拍频波的的概念的理解，了解了声光效应的原理及驻波法产生声光频移的实验条件和实验特点，掌握了光拍法测量光速的技术。

三、 [实验原理]1、光拍频波根据波的叠加原理，两束传播方向相同、频率相差很小的简谐波相叠加，将会形成拍。

对于振幅都为圆频率分别为和，且传播方向相同的两束单色光四、⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎭⎫⎝⎛-=1101cos ϕωc x t E E （1） 五、⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎭⎫⎝⎛-=2202cos ϕωc x t E E （2） 它们的叠加为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 221212121021ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E (3)当21ωω>,且21ωωω-=∆较小，合成E的光波带有低频调制的高频波，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 2121ϕϕωωc x t ，角频率为221ωω-。

物理实验报告_声光效应与光拍法测光的速度实验目的：1. 了解声光效应的基本现象和原理；2. 学习用声光效应测量超短时间间隔的方法；3. 了解光的速度的测量方法；4. 学会用光拍法测量光的速度。

实验原理：1. 声光效应的基本原理：当一个物体以比声速更大的速度运动时，在其前进方向上会产生压力波，即激发出横波和纵波，这种现象称为激波。

激波是一种能量传递和物质传递的物理现象。

当激波遇见某些物体的表面时，会激起产生物体振动，这种现象就是声光效应。

2. 声光效应的应用：利用声光效应可以测量微小时间间隔。

由于声音在空气中的速度与温度、湿度等因素有关，因此不能用来精确地测量时间。

但是，由于光速恒定，因此可以用声光效应来测量超短时间间隔，这是一种精度较高的方法。

3. 光速的测量方法：利用光的折射现象可以测定光的速度。

测定光速的最简单方法是将一束光射入水中，用透明的圆柱形容器将光束引向垂直于水面的黑色标线上，然后根据圆柱形容器的内径和水的折射率计算光速。

4. 光拍法的原理：利用光拍法可以测量光的速度。

该方法需要两个发光源，并将它们放置在一定的距离上，在一定的时间间隔内，它们向着一个目标射出光束。

当两束光到达目标后，它们会在目标上产生一些互相干涉的条纹，利用条纹的位置与时间间隔，可以计算出光的速度。

实验器材：1. 放大声光放置装置；2. 铝制矩形试样；3. 随时器；4. 透明的圆柱形容器；5. 黑色标线；6. 电子扫描显微镜；7. 两个发光源；8. 两个光学棒；9. 相机和三脚架。

实验步骤和记录：1. 将铝制矩形试样置于放大声光放置装置上，滑动可调节的小轮，使得矩形试样以高速运动。

2. 打开随时器，开始计时，当矩形试样运动到一定位置时，触发放大声光放置装置，使其发生声光效应并记录时间。

3. 重复以上步骤，记录多组数据，并计算平均值。

4. 将透明的圆柱形容器注满水，并将光束引向垂直于水面的黑色标线上，记录圆柱形容器的内径和水的折射率。

实验三十六 光拍频法测量光速光速是物理学中重要的常数之一。

由于它的测定与物理学中许多基本的问题有密切的联系，如天文测量，地球物理测量，以及空间技术的发展等计量工作的需要，对光速的精确测量显得更为重要，它已成为近代物理学中的重点研究对象之一。

17世纪70年代，人们就开始对光速进行测量，由于光速的数值很大，所以早期的测量都是用天文学的方法。

到了1849年菲索利利用转齿法实现了在地面实验室测定光速，其测量方法是通过测量光信号的传播距离和相应时间来计算光速的。

由于测量仪器的精度限制，其精度不高。

而19世纪50年代以后，对光速的测量都采用测量光波波长λ和它的频率f 。

由c=f ·λ得出光的传播速度。

到了20世纪60年代，高稳定的崭新光源激光的出现，使光速测量精度得到很大的提高，目前公认的光速度为(299792458±1.2)m/s ，不确定度为4×10-9。

测量光速的方法很多，本实验采用声光调制形成光拍的方法来测量。

实验集声、光、电于一体。

所以通过本实验，不仅可以学习一种新的测量光速的方法，而且对声光调制的基本原理，衍射特性等声光效应有所了解，并通过实验掌握光拍频法测量光速的原理与方法。

[实验目的]1. 了解声光效应的应用。

2. 掌握光拍法测量光速的原理与方法。

[实验原理]本实验采用声光调制器产生具有一定频差、重叠在一起的两光束，从而方便地获得光拍频的传播。

通过光电倍增管检测光拍信号，用示波器比较光拍传播空间两点的位相，从而测量激光在空气中的传播速度。

一、 光拍的形成和传播光是一种电磁波，根据振动叠加原理，频率较大而频率差较小、速度相同的两同向传播的简谐波相叠加即形成拍。

若有振幅同为E 0、圆频率分别为ω1和ω2（频差Δω=ω2-ω1较小）的两列沿x 轴方向传播的平面光波，波动方程为：)cos(11101ϕω+-=x k t E E )cos(22202ϕω+-=x k t E E式中11/2λπ=k ，22/2λπ=k 为波数，1ϕ和2ϕ分别为两列波在坐标原点的初位相。

近代物理学实验报告—光拍频法测量光速实验组员：付静静091204121陈聪091204120 实验班级：电信科学091班指导老师：李鸣2011-12-15一、实验目的1、掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法,并对声光效应有一定初步了解；2、通过测量光拍的波长和频率来确定光速。

二、实验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若有振幅相同为E0，圆频率分别为E1和E2（频差较小）的两光束 ： 这两列光波的偏振方向相同，则叠加后的总场为： ,上式是沿x 轴方向的前进波，其振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 221212121021ϕϕϖϖϕϕϖϖc x t c x t E E E E因为振幅以频率为，周期性地变化，所以被称为拍频波，称为拍频，如果将光拍频波分为两路，使其通过 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，两路光的光程差，之间的关系仍由上式确定， 当时，恰为光拍波长，则：三、实验安装1. 滤波放大器由于He-Ne 激光器的噪声（噪声谱在25MHz 以下）和频移光束之中频率成分很复杂，致使光拍信号被淹没在噪声中，无法观察。

采用声表面波滤波器有效地抑制噪声，获得纯净的中心角频率为2Ω的光拍信号。

滤波放大器方框图如图五所示。

⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆22cos 2210ϕϕϖc x t E πϖ4∆=∆f f ∆ϕ∆L ∆πϕ2=∆Λ=∆Lf c图五 滤波放大器方框图2. 实验装置光拍频法测量光速实验装置如图六所示。

高频信号源产生角频率为Ω的超声波信号输入声光频移器，在声光介质中形成驻波声场，介质成为超声相位光栅，632.8nmHe-Ne 激光在通过介质时发生衍射。

任一级衍射光都可用来作本实验的工作拍频光束，一般用一级光，因为信号成分较强。

分近程和远程二路光到达光电检测器，不同光程的光拍频波具有不同的相位。

光拍频法测光速实验报告
实验目的：利用光拍频法测量光的传播速度。

实验原理：光拍频法是利用干涉现象来测量光速的方法。

当两束光在同一条光路上传播时，由于光波长的差异，会在某个地方发生干涉现象。

若在该地方放置一个光门，当两束光的波长符合一定条件时，光门会打开，此时可以记录光门打开时的时间。

通过改变两束光之间的光路差，可以测出光速。

实验器材：光源、分光镜、准直器、平面镜、光幕、计时器。

实验步骤：
1.调整光源、分光镜和准直器，使得通过分光镜的光能够水平射入光幕。

2.调整平面镜，使得经过分光镜后的光经过平面镜后与原光平行，并能够垂直射入光幕。

3.调整光幕的位置，使得经过平面镜反射后的光能够射到光幕上。

4.打开计时器，并观察光门在不同光路差下是否打开。

5.记录光门打开的时间，并计算出不同光路差下的光速值。

6.重复实验多次，取平均值作为最后的测量结果。

实验结果：
- 在不同光路差下，记录光门打开的时间，得到一组数据。

- 根据光门打开的时间和光路差的关系，计算出光速的值。

实验讨论与分析：
- 实验结果可能会受到实验环境的影响，如温度、大气压等。

- 实验结果的准确性还受到仪器的精度和测量误差的影响。

实验结论：利用光拍频法，可以测量得到光速的值。

然而实验结果还需要进一步验证和修正，以提高测量的准确性。