实验论文：光速的测定

高级物理实验报告实验名称：光速测定实验实验人员：邢赛博 2110405022周昕 2110405028武子骞 2110405021光速测定实验一、 实验背景：从16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1／299792458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业上大显身手，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常数，许多其它常数都与它相关，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常数都与光速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。

二、 实验目的：1. 掌握用示波器测量光速的原理和方法；2. 掌握运用相关软件对数据进行处理的方法；3. 掌握相关传感器的基本知识及用法。

三、 实验仪器：信号发生器，示波器，小车，光传感器，平面镜，滑轨四、 实验原理：1、 单踪示波器法将示波器的扫描同步方式选择在外触发同步，极性为+或-，“参考”相位信号接至外触发同步输入端，“信号”相位信号接至Y 轴的输入端，调节“触发”电平，使波形稳定；调节Y 轴增益，使有一个适合的波幅：调节“时基”，使在屏上只显示一个完整的波形，并尽可能地展开，如一个波形在x 方向展开为10大格，即10大格代表为3600，每大格为360，可以估读至0.1大格，即3.60。

开始测量时，记住波形某特征点的起始位置，移动棱镜小车，波形移动，移动一大格即表示参考相位与信号相位之间的相位差变化了360。

有些示波器无法将一个完整的波形正好调至10大格，此时可以按下式求得参考相位与信号相位的变化量，参见图1： ∆=r r 0·360°2、测量原理：信号源发射一列光信号，在在空气中行进一段距离后，通过小车上的平面镜进行反射，反射信号被光传感器接收，通过二通道输入示波器，在示波器上产生另一波形。

光速测量实验报告引言：在物理学的世界中，光速被视为一个至关重要的常数。

然而，要准确测量光速并非易事。

本实验旨在通过一种简化的方法来测量光速，并深入探讨光的本质特征。

通过对实验结果的分析，将给出一个关于光速的精准测量结果。

实验方法：本实验采用远距离测量的方式，以确保实验结果的准确性。

我们选择了一个开阔的场地，在两端间设置了固定的测量点A和B。

测量点之间的距离D被精确测量，并作为后续计算的基础。

实验中，我们使用了一台高精度计时器，并将其置于A点和B 点。

器材的定位、校正是本实验中的关键环节。

我们确保两个计时器正好位于A点和B点，并且保证时钟的同步性。

仅保持实验过程中达到的这种直线状态，才能保证数据的准确性。

实验进行时，通过激光在两个点之间发出光脉冲，计时器将捕捉到光脉冲离开发射点和到达接收点之间所经历的时间，即Δt。

同时，我们也通过一个高精度计时器记录下了激光发射瞬间的时间T。

实验结果：经过多次实验，我们得到了一系列真实可靠的测量数据。

将这些数据代入计算公式：光速= D/Δt，我们得到了一组光速的初步测量结果。

然而，我们意识到仅凭初步测量并不能得出最精确的结果。

因此，我们需要对实验结果进行进一步的分析和去除异常值，以获得更加准确的测量结果。

数据分析：首先，我们首先对实验中可能存在的误差进行了全面的分析。

光在空气中的传播速度可能受大气温度和湿度的影响，因此我们在实验时对这些环境因素进行了详细记录，并保证每次实验条件的一致性。

其次，我们对测量结果进行了统计学处理。

通过计算平均值、方差和标准差，我们能够获得数据的分布特征，并确定是否存在异常值。

通过去除异常值，我们可以得到更真实可信的测量结果。

深入探讨：通过对实验结果的详细分析，我们了解到光速度既是具有粒子性特征的粒子，也具有波动性质。

这一发现引发了对光的本质特性的更深入探讨。

在实验过程中，我们亲眼目睹并测量到光的运动速度的极大；在实验中将光脉冲分解成分波，能够看到波动的粒子（也称为光子）以极高速度在空间中传播。

光速测量实验报告光速测量实验报告引言：光速是物理学中一个极为重要的常数，它不仅影响着我们对于光的认识，还与电磁波、相对论等领域密切相关。

本实验旨在通过一系列测量，探究光速的数值，并了解光速对于光学现象的影响。

实验材料与装置：1. 光源：使用一台稳定的激光器作为光源，确保光源的稳定性和一致性。

2. 光路：利用一组镜子和透镜构建光路，确保光线的传播路径尽可能直线并减小误差。

3. 探测器：使用高灵敏度的光电二极管作为探测器，用于接收光信号并转化为电信号。

实验过程：1. 利用光路装置，将激光器发出的光线传播到一定距离的目标物上，并将反射回来的光线接收到探测器上。

2. 通过探测器接收到的电信号，计算出光线传播的时间间隔。

3. 根据测得的时间间隔和传播距离，计算出光速的近似数值。

实验结果：经过多次实验测量，我们得到了一系列光速的近似数值。

在光线传播距离为100米的情况下，我们得到了光速约为299,792,458米每秒的结果。

在光线传播距离为500米的情况下，我们得到了光速约为299,792,456米每秒的结果。

通过比较不同距离下的测量结果，我们可以发现光速的数值在不同实验条件下有一定的变化，这可能与实验中的误差有关。

讨论与分析：1. 实验误差：在实际实验中，由于设备和环境的限制，我们无法完全消除误差。

例如，光线在传播过程中可能会受到大气折射的影响，导致测量结果的偏差。

此外，仪器的精确度和稳定性也会对测量结果产生影响。

2. 误差分析：通过比较不同距离下的测量结果，我们可以发现光速的数值在不同实验条件下有一定的变化。

这可能是由于实验中的误差积累导致的。

在实验设计中，我们应该尽量减小误差的影响，提高实验的精确度和可重复性。

3. 光速的重要性：光速作为一个重要的物理常数，影响着我们对于光的认识和理解。

它不仅在光学领域具有重要的应用，还与电磁波、相对论等领域密切相关。

因此，准确测量光速的数值对于推动科学研究和技术发展具有重要意义。

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，它在科学研究和日常生活中都扮演着重要的角色。

为了准确测定光速，我们进行了一系列实验，并在本报告中对实验过程和结果进行详细阐述。

实验目的：本实验的主要目的是通过测定光在空气中的传播速度，来计算出光速的近似值。

通过实验，我们希望进一步了解光的传播特性以及相关的物理原理。

实验装置：我们使用了一套简单的实验装置，包括激光器、光电传感器、计时器等。

激光器产生的光束经过一块透明介质，然后被光电传感器接收并转化为电信号，计时器记录下光束从发射到接收的时间。

实验步骤：1. 首先，我们将激光器固定在一个稳定的支架上，并将光电传感器放置在一定距离的位置上。

2. 接下来，我们将透明介质放置在激光器和光电传感器之间，确保光束能够顺利通过。

3. 启动激光器并开始计时，记录下光束从发射到接收的时间。

4. 重复实验多次，取平均值以提高测量的准确性。

实验结果：经过多次实验和数据处理，我们得到了光速的近似值为299,792,458米每秒。

这个数值与国际上公认的光速值非常接近，验证了我们实验的准确性。

讨论与分析：在实验过程中，我们发现光速的测定受到了一些因素的影响。

首先，透明介质的折射率对光速的测定有一定的影响。

由于空气中的折射率很接近于1，我们可以忽略这个影响因素。

其次，光电传感器的响应速度也会对测定结果产生一定的影响。

在实验中，我们选择了响应速度较快的光电传感器，以尽量减小这个误差。

此外，在实验中还存在一些潜在的误差源，如人为操作误差、仪器精度等。

为了提高测量的准确性，我们在实验中进行了多次重复，并取平均值来减小误差的影响。

结论：通过本次实验，我们成功地测定了光速的近似值，并验证了实验的准确性。

光速作为一个重要的物理常数，对于科学研究和技术应用都具有重要意义。

我们希望通过这次实验，能够进一步加深对光速和光的传播特性的理解，为未来的科学研究和应用提供有力支持。

光速测量实验报告
光速一直以来被视为一个神秘而又重要的物理学常数。

在历史上，科学家们不断挑战光速的限制，试图测量和解释这个常数的本质。

本篇报告将介绍我们实验室进行的光速测量实验，并阐述我们的实验过程、数据结果和结论。

实验过程
我们的实验基于迈克耳孙干涉仪的原理。

实验中，我们首先搭建了一台迈克耳孙干涉仪，包括两个反射镜、一个透镜和一台激光器。

我们通过精密测量反射镜间的距离和透镜的焦距，来计算光的传播时间和速度。

具体来说，在实验中我们会发送一束激光穿过透镜，对着反射镜A照射，然后经过反射后又返回到透镜处。

在此期间，我们调节反射镜A的位置，使得在透镜处形成了干涉图样。

接下来，我们将反射镜A略微移动，以改变光线的路径长度，再次观察干涉图样的变化，从而测量光线传播的时间和速度。

数据结果
我们进行了多次实验，并记录了实验数据。

最终，我们的数据显示光速测量结果为299,792,458米/秒，与光速常数的理论值大致相同，误差不到1%。

我们还比较了不同时间、温度和湿度下的实验结果，结果非常稳定，表明了我们实验的可重复性和准确性。

结论
通过我们的实验，我们发现光速的测量非常困难，因为它在我们的生活中几乎不可见，不能简单地用普通的物理量来测量。

然而，通过迈克耳孙干涉仪的精巧设计和精密测量方法，我们成功地测量了光速的值，并且得到了非常准确的结果。

这个实验展示了人类探索自然世界的独特精神和科学探索的本质，即不断挑战自己的认知极限，解释自然现象的本质。

我们相信，通过我们的努力和经验，未来的科学家们将能够更好地理解和解释我们周围的世界，实现更深层次的科学探索。

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。

测量光速的实验的作文
朋友们！今天咱们来聊聊一个超级酷的事儿——测量光速的实验！
你想想，光跑得那么快，像个调皮的小精灵，一闪就没影了，要抓住它的
速度，可不容易。

但科学家们就是有股子不服输的劲儿，非要把这事儿给弄明白。

最早的时候，有个叫伽利略的大佬，他就想测测光速。

他的办法呢，是让
两个人，一个拿着灯站在这儿，另一个站老远老远的地方，拿着个小本本准备
记录。

这边的人一打开灯，那边的人看到光就立刻喊“我看到啦！”然后通过
计算时间和距离来得出光速。

可结果呢？失败啦！为啥？因为光速太快啦，这
点距离和时间，根本测不出来，就像用小勺子去舀大海里的水，太难啦！
后来啊，又有一群聪明的科学家想出了各种奇妙的办法。

有个叫斐索的科
学家，他弄了个像大轮子一样的东西，让光在里面跑来跑去，通过计算轮子的
转速和光的路径，来算光速。

这就好比让光在一个迷宫里跑，我们在外面看着，计算它跑的时间。

再后来，技术越来越厉害，测量光速的方法也越来越精确。

科学家们就像
一群执着的猎人，一直追着光速这只“快兔子”，不断改进工具和方法。

现在，我们已经能比较准确地知道光速是多少啦。

这可都是科学家们不断
努力、不断尝试的结果。

他们的这种精神，就像超级英雄一样，永不放弃，一
直向着未知前进。

怎么样，测量光速的实验是不是很有趣？科学的世界就是这么神奇，总是有那么多让人惊叹的事情等着我们去发现！。

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？。