光拍法测光速的实验结果分析

2014 12 ( )年 月 廊坊师范学院学报自然科学版 Dec, 2014 14 6 Journal of Langfang Teachers College( Natural Science Edition) Vol, 14 No, 6 第 卷第 期 光拍法测光速的实验结果分析 高 平 ( ,033000)吕梁学院山西 吕梁 【】 ，摘 要通过对光拍法测光速的实验结果进行讨论分析总结了用光拍法测光速的最佳条件以及在实验过程中 的 ，。操作技巧该结果对进一步提高实验的精确度具有重要意义 【】 ; ; 关键词光拍法光速光拍频波 The Experimental ,esults Analysis of Optical-beat Method of Measuring the Velocity of Light GAO Ping 【Abstract】 The optimal conditions and operation skills during the experiment have been concluded by the analysis of re- sults measuring the velocity of light,it is very important for further improving the accuracy of the experiment, 【Key words】 optical-beat method; velocity of light; optical beat wave 〔〕O4 ,33 〔〕A 〔〕1674 , 3229( 2014) 06 , 0053 , 03中图分类号文献标识码文章编号 s: c = = f之间满足以下关系 λ 0 引言 tΔ ,f 。为光波的频率光波长 上式中的 λ 为光波长,光速是物理学中最重要的基本常量之一许多 14 ,,10Hz,容易测得但光波频率较高约 而光电转换 物理概念及物理量的定义都与光速有着紧密的联 ,1 , 3, ,器灵敏度有限对如此高频率变化的光强来不及做 。,系因此光速的精确测量有着很重要的物理 ,,。出反应因此对光速进行直接测量是很困难的如 ,意义及实用价值对光速的测量也是物理学家一直 f ,10MHz,30m,。果使光频 变低例如 那么波长约为 这 十分关注的研究课题 ,时测量就非常方便这种将光拍的频率变低的方法 ,、测量光速的方法很多有迈克尔逊光速测量光 ,4,。就是光拍频法 、。纤测量空腔共振法测量等光拍法是测量光速的 ,LM2000C 1( 1 一般方法尤其以 光速测量仪进行测量最 光拍的形成 利用一束激光通过驻波法产生频差较小的两束 ,为常见因其操作简单及精准度高而备受人们的青 ,E,光假设这两束光波振幅均为 角频率分别为 ω1 。,,睐但是该仪器的调节比较困难而且一些细微的 ( ) ,和 ω相差很小则有 2 。不当操作可能引起较大的实验误差本实验利用 E= Ecos( t , kx + )ωφ 1 1 1 1 LM2000C ,光速测量仪对光速进行了测量并对实验 E= Ecos( t , kx + )ωφ 2 2 2 2 。过程中的注意事项进行了具体分析 ,,根据振动叠加原理两列频率相差较小速度相 ,,同传播方向相同的简谐波叠加形成拍则叠加后的 1 实验原理 光波为 c s、t 光速 与光传播的距离 传播所需时间 Δ三者 ,, 2014 , 09 , 22收稿日期 ,, ( 1985 , ) ,,,,: YBCO 。作者简介高平女硕士吕梁学院物理系助教研究方向顶部籽晶熔融织构法制备单畴 超导 块材 2014 12 ( ) 14 ?6 年 月 廊坊师范学院学报自然科学版第 卷第 期 。率测定功能来测量 E= E+ E s 1 2 ω, ωφ, φx 1 2 1 2 = 2Ecos( t , ) + , ,2 c 2 ω+ ωφ+ φx 1 2 1 2 ( 1) × cos( t , ) + , ,2 c 2 ( 1) E,+ 式中的 为叠加后的拍波其 角频率为 ωωs ,ωω1 2 1 2,2Ecos ,振幅为 x φφ 1 2 ,( t , ) + , , 2 2c 2 , ωω1 2,f = 该振幅非恒定值而是以频率 Δ Δω = 周44π π ,,f 。期性变化我们称此拍波为拍频波Δ为其拍频 1( 2 光拍频波的接收 2 实验步骤及注意事项 E,用光电接收器接收光拍频波 目的是把光信 s ,、首先在开始实验之前对光速测量仪示波器 。号转换成电信号再通过示波器呈现出来因为光波 20 ,进行 分钟的预热预热完成后连接线路并打开 ,打在光电接收器的光敏面上会产生光电流而光电 ,60 , 70 开关调节光速测量仪的功率在满量程的 ,流与光强成正比即 2 ,75MHz ; 位置处频率保持在 附近调节驻波声光器 i= gE( 2) 0 s ,件的旋钮使激光束垂直入 射至声光器件发生衍 g 。( 1) ( 2) , 为光电转换系数将上述式带入式 ,1 ; 14 射同时调节旋钮使其中 级光正射入光栏之后 Hz,,10由于光波频率较高约 而光敏面的反应频率 1 ,进行内外光路的调节内光路调节的关键在于平面 8 10Hz。,( 约为 因此光电流只能在响应时间 τ 内 ,反射镜的调节因为用眼睛无法看清楚光线的具体 14 101 ,位置可以用一张白纸挡在全反射镜或光电接收器 ) ,, , 取平均值即 τ 810 ,前面这样比较容易判断光线是否到达镜片及接收 1 x 2) + ,}Δφ ; 器的中心外光路的调节必须建立在内光路调节完 好i= idt = gE { 1 + cos,( t ,0 Δω 0 ?c τ τ ,A B 的基础上反复 将棱镜小车 和 在导轨上移 ( 3) ,动当外光路的光全部打在光电接受器入光孔的中 Δω( f = ) ,。上式中 Δω 为角频率ΔΔφ 为初相其 ( ) ,心也可以借助于小纸片来确定光线位置且示波 4π ,器上显示两条正弦曲线稳定清晰此时外光路调节 ,中的直流项经光电检测器后被滤去得 x ; ,,A A完毕最后实验数据记录将棱镜小车 移动至 2 ) + , ( 4)Δφ i' = gEcos,( t ,Δω 0 ,Da( 0 ) ,B 导轨左端某处记录该数值为 再将 棱镜 c B ,f,。小车使其从 导轨的最左端向右移动观察示波器 即频率为 Δ初相位为 Δφ 的光拍信号被输出 1, 3 光速的测量 ,B , 上两条曲线完全重合时读取此时 小车的位置 ,,光拍波出射后经半透半反镜被分开成两路其 3 Db( 0 ) ; A 如此重合 次求其平均值记为 将棱镜小车 ,,中一路透射走内光路另一路被反射走外光路当两 A ,Da移至 导轨右端某处保持不 动该 值 记 为 2,路光拍的相位差为 π 时对应的光程差恰好等于 ( 2) ,B , π再移动 小车至两条曲线再次完全重合时 。,光拍的波长也就是说只要测量两束光拍到达同 B ,3 记录 小车的位置同样重合 次取其平均值记为 ( ) ,一位置两次重合时的光程差即为光拍的波长再 Db( 2) 。π ,1 读取光拍的频率从而测得光速如图 所示为本实 3 测量数据及结果 。LM2000C 、验的光路图实验采用 光速测量仪示波 ,器各一台光拍频率的测定可以借助于示波器的频 1、2 如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 表 所示为棱镜小车的初位置与末位 。置的测量数据 ?54? 14 ?6 : 2014 12 第 卷第 期 高平光拍法测光速的实验结果分析 年 月 1 B Db( 0)表 棱镜小车 的初位置 2π 左右浮动时就开始重 差导致两列波的相位差在 ,x ,合并且在之后的一段距离 Δ内仍保持重合因此 D(b ) / mm 1 2 3 次重合 次重合 次重合 平均值 ,记录的数据并不能真实反映波的情况此时我们可 组次 x 。 以将 Δ的中点作为重合数据来减少实验误差一 22 21, 4 23, 5 22, 3 4, 3 光拍频率选择不合理 二 28, 8 27 30 28, 6 40 38 ,5 40 39 ,5 三 74, 974MHz,74, 998MHz,对比光拍频率为 ,106 MHz ,75MHz,光拍频率越接近 的光速值发现2 B Db( 2)75表 棱镜小车 的末位置 π ,,。光 速测定的误差越小因此在实验过程中应随D(b ) / mmπ 1 2 3 次重合 次重合 次重合 平均值 组次 ,75MHz 。时观 察频率的示数尽可能保持在 附近 483, 5 478, 2 478, 3 480, 0 一 4, 4 棱镜位置读数不准确 二 490, 8 493, 2 491, 4 491, 8 ,在读取棱镜位置时由于读数所引起的系统误 501 ,0 501 ,0 498 ,9 500 ,3 三 ,差和偶然误差会影响实验结果的准确性可以多测 3 A、B 表 棱镜小车的位置及光速测量结果 。几次求平均值来减少误差 光速值 相对 / m Da( 0) Da( 2) Db( 0) Db( 2) f / MHzππ 4, 5 8非真空环境 × 10m / s 误差 , 本实验是在非真空环境下测量光传播速度的空, 3 480, 0 74, 974 2, 90209 3, 19% 30 540 22一 二 30 540 28, 6 491, 8 74, 998 2, 91952 2, 61% ,,气介质的存在会影响光的传播速度因此实验结 果三 30 540 39, 5 500, 3 75, 106 2, 91652 2, 72% 。与 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值会出现一定的偏差 3 ,如表 所示为三组光速测量的实验数据其中 v = 2f × ,2 × ( Db ( 2, Db ( 0 ) ) + 2 × ( Da ) 光速 π5 结论 ( , Da ( ) ) c 2) 0,。= 真空中光速的标准值为 π , 99792458 ? 0, 001m / s。 2本文对光拍法测量光速的实验结果进行了讨论 ,,分析结果表明实验过程中细节性的操作均可以在 4 测量结果分析及实验改进 ,75MHz 一定程度上减小实验误差当光拍频率为 时 ,由实验结果可知测定的速度值基本与光速接 。误差最小 ,,近但也存在一定偏差可能引起误差的原因有以下 ,,参考文献 ,1, ,, :龚添喜吕云宾光拍法测光速实验中的几个误解几方面 ,J,, ( 4) ,,2007,大学物理 4, 1 外光路的光线可能未全部进入光电接收器 ,2, , ,M,, : 曹尔第近代物理实验上海华东师范大学出版 ,在移动滑块的过程中不能保证外光路的光线 ,1992,社 ,全部进入光电接收器即使各镜片调节好了但并不 ,3, ,,,, 张倩云许灵静芦立娟等改进后的光拍法测量光速 研,是绝对符合实验 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 并且激光束的微小偏折也会 ,J,, ,2012,( 3) ,究物理与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ,影响实验的精准度此时可以稍许调节最末的半透 ,4, ,,, ,J,, 王乐吴震芦立娟光拍法测量光速的扩展研究物 ,2012,( 2) ,。理通报 半反镜以增强光电接收器的接收率 4, 2 示波器的偏差 ,在移动两滑块的过程中由于示波器的微小偏 ?55?