光拍法测光速的实验结果分析.docx

2014 年 12月廊坊师范学院学报( 自然科学版)Dec．2014第14卷第6期Journal of Langfang Teachers College( Natural Science Edition)Vol．14No．6光拍法测光速的实验结果分析高平( 吕梁学院，山西 吕梁033000)【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 Ｒesults Analysis of Optical-beatMethodof Measuring the Velocity ofLightGAOPing【Abstract】Theoptimalconditionsandoperationskillsduringtheexperimenthavebeenconcludedbytheanalysisofre-sultsmeasuringthevelocityoflight，itisveryimportantforfurtherimprovingtheaccuracyoftheexperiment．【Key words】 optical-beat method; velocity of light; optical beatwave〔中图分类号〕O4 －33〔文献标识码〕A〔文章编号〕1674 － 3229( 2014) 06 － 0053 －030引言之间满足以下关系: c = sΔt=λf光速是物理学中最重要的基本常量之一，许多物理概念及物理量的定义都与光速有着紧密的联系。因此，光速的精确测量［1 － 3］ 有着很重要的物理意义及实用价值，对光速的测量也是物理学家一直十分关注的研究课题。测量光速的方法很多，有迈克尔逊光速测量、光纤测量、空腔共振法测量等。光拍法是测量光速的一般方法，尤其以LM2000C光速测量仪进行测量最为常见，因其操作简单及精准度高而备受人们的青睐。但是，该仪器的调节比较困难，而且一些细微的不当操作可能引起较大的实验误差。本实验利用LM2000C 光速测量仪对光速进行了测量，并对实验过程中的注意事项进行了具体分析。1实验原理光速c与光传播的距离s、传播所需时间Δt三者上式中的λ为光波长，f为光波的频率。光波长容易测得，但光波频率较高，约1014Hz，而光电转换器灵敏度有限，对如此高频率变化的光强来不及做出反应，因此，对光速进行直接测量是很困难的。如果使光频f变低，例如10MHz，那么波长约为30m，这时测量就非常方便，这种将光拍的频率变低的方法就是光拍频法［4］。1．1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光，假设这两束光波振幅均为 E，角频率分别为 ω1和 ω2 ( 相差很小)，则有E1 =Ecos(ω1t－k1x+φ1)E2 =Ecos(ω2t－k2x+φ2)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，则叠加后的光波为［收稿日期］ 2014 － 09 －22［作者简介］ 高平( 1985 － ) ，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 YBCO 超导块材。2014 年 12月廊坊师范学院学报(自然科学版)第14卷·第6期Es = E1 +E2=2Ecos?ω1－ω2(t－x)+φ1－φ2?率测定功能来测量。2c2×cos?ω1+ω2(t－x)+φ1+φ2?( 1)2c2( 1) 式中的 Es 为叠加后的拍波，其角频率为22?ω1 + ω2 ，振幅为 2Ecos ω1 －ω2xφ1 － φ2 ，?( t－) +c2该振幅非恒定值，而是以频率Δf=ω1 －ω24π=Δω周4π期性变化，我们称此拍波为拍频波，Δf 为其拍频。1．2光拍频波的接收用光电接收器接收光拍频波 Es ，目的是把光信号转换成电信号再通过示波器呈现出来。因为光波打在光电接收器的光敏面上会产生光电流，而光电流与光强成正比，即2i0 =gEs( 2)g 为光电转换系数。将上述( 1) 式带入( 2)式，由于光波频率较高，约 1014 Hz，而光敏面的反应频率约为108Hz。因此，光电流只能在响应时间τ内( 11014＜ τ ＜ 1 )取平均值，即1082实验步骤及注意事项首先，在开始实验之前对光速测量仪、示波器进行20分钟的预热，预热完成后连接线路并打开开关，调节光速测量仪的功率在满量程的60－70位置处，频率保持在75MHz附近;调节驻波声光器件的旋钮，使激光束垂直入 射至声光器件发生衍射，同时调节旋钮使其中1级光正射入光栏;之后进行内外光路的调节，内光