光拍頻法測(cè)量光的速度實(shí)驗(yàn)報(bào)告

成績(jī)?cè)u(píng)定教師簽名嘉應(yīng)學(xué)院物理學(xué)院近代物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：光拍頻法測(cè)量光的速度實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):班級(jí):實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：光拍頻法測(cè)量光的速度姓名：座號(hào):實(shí)驗(yàn)時(shí)間：年月曰

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饴暪庑?yīng)的應(yīng)用。掌握光拍法測(cè)量光速的原理與方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器和用具：GSY—IV型光速測(cè)定儀，XJ17型通用示波器，E324型數(shù)字頻率計(jì)等。三、實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)振動(dòng)振動(dòng)迭加原理，兩列速度相同，振面和傳播方向相同，頻差又較小的簡(jiǎn)諧波迭加形成拍。假設(shè)有兩列振幅相同（只是為了簡(jiǎn)化討論），角頻率分別為①1和①2的簡(jiǎn)諧波沿3向傳播。E=Ecos（o一故+甲）E=Ecos（o一故+甲）式中次、10112022廣人1為波數(shù)，甲i和平2為初位相，這兩列簡(jiǎn)諧波迭加后得EE1+E2=2E°cos(xA

EE1+E2=2E°cos(xA

t--kC?cos(xA

t--

kc)式中可見(jiàn)，E是以角頻率為氣+①2，振幅為①一①rxa中+中-—12t—1122kc)2的前進(jìn)波。2Ecos光拍信號(hào)的位相與空間位置有關(guān)。處在不同空間位置的光電檢測(cè)器，在同一時(shí)刻有不同位相的光電流輸出。假設(shè)空間兩點(diǎn)A、B（見(jiàn)圖4—5）的光程差為A//，對(duì)應(yīng)的光拍信號(hào)的位相差△平/，即△平=△①?△///c=赤.A-A///c（4—14）光拍信號(hào)的同位相諸點(diǎn)的位相差A(yù)中滿(mǎn)足下列關(guān)系A(chǔ)甲=Aw?A///c=2k?Af-A///c=2兀?n（4—15）則c=Af-A///n式中，當(dāng)取相鄰兩同位相點(diǎn)n=1，A/恰好是同位相點(diǎn)的光程差，即光拍頻波的波長(zhǎng)A人。從而有A/=AX=c/Af或c=Af?A（4—16）因此，實(shí)驗(yàn)中只要測(cè)出光拍波的波長(zhǎng)AX（光程差A(yù)/）和拍頻Af（Af=2f，f為超聲波頻率），根據(jù)（4-16）式可求得光速c值。

四、實(shí)驗(yàn)步驟：本實(shí)驗(yàn)利用聲光調(diào)調(diào)制測(cè)量He-Ne激光(入=632.8nm)在空氣中的傳播速度c。并求測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差°c。與公認(rèn)值比較，求百分誤差。1、實(shí)驗(yàn)裝置的調(diào)試按圖5-36-4(b)聯(lián)接好所用儀器的線路，高頻信號(hào)源的信號(hào)輸出端接頻率計(jì)Fa，打開(kāi)頻率計(jì)開(kāi)關(guān)，頻率旋鈕置于100Hz,掃頻時(shí)間置于0.01s,打開(kāi)高頻(超聲波)信號(hào)源，分頻器y軸輸出端接示波器的y軸輸入端，x軸輸出端接示器x外觸發(fā)(或EXT)。接通激光光源的開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)工作電流至4?5mA(或小于4mA),以最大激光光強(qiáng)輸出為準(zhǔn)，預(yù)熱15分鐘，使激光輸出穩(wěn)定，并調(diào)節(jié)激光束與裝置導(dǎo)軌平行。打開(kāi)示波器電源開(kāi)關(guān)，y軸增幅旋至2V/diV,x軸掃描時(shí)間旋至0.5Ms/diV示波器右下四個(gè)旋鈕分別置于：自動(dòng)、+、內(nèi)、AC。電源正常供電。細(xì)心調(diào)節(jié)超聲波頻接通穩(wěn)壓電源開(kāi)關(guān)，直流電壓為+15V(紅燈亮)，(a)同相(b)有位相差率，調(diào)節(jié)激光束通過(guò)聲光介質(zhì)并與駐聲場(chǎng)充分互相作用(通過(guò)調(diào)節(jié)頻移器底座上的螺絲完成)，調(diào)節(jié)高頻信號(hào)源頻率微調(diào)旋鈕，使之電源正常供電。細(xì)心調(diào)節(jié)超聲波頻(a)同相(b)有位相差調(diào)節(jié)光闌，用光闌選取所需的(零級(jí)或一級(jí))光束，調(diào)節(jié)M0、M1方位，使①②路光都能按預(yù)定要求的光路進(jìn)行。按圖5-36-4(a)中的光路，調(diào)節(jié)各全反射鏡、圖5-36-5半反射鏡調(diào)節(jié)架，使二光束均垂直入射到接收頭窗口，并注意使全反射鏡和半反射鏡處于同一高度，以保證光速通過(guò)多次反射后仍處于同一水平面上。圖5-36-5依次用斬光器分別擋?、诼坊颌俾饭馐?，調(diào)節(jié)①路或②路光束使經(jīng)其各自光路后分別射入光敏接收器，調(diào)節(jié)光敏接收器方位，使示波器熒光屏上能分別顯示出它們清晰正弦波，正弦波有位相變化。調(diào)節(jié)出射光束與光探測(cè)器光敏面的相對(duì)位置，使得兩束光產(chǎn)生的正弦波形幅度相等。當(dāng)兩束程差為拍頻波的波長(zhǎng)入時(shí)，兩波形完全重合，如圖5-36-5(a)所示，否則有位相差；見(jiàn)圖5-36-5(b)所示。前后移動(dòng)滑動(dòng)平板，調(diào)節(jié)兩路光的光程差，使示波器上兩正弦波形完全重合(位相差為2兀)，此時(shí)兩路的光程差也即為拍頻波長(zhǎng)X。2、測(cè)量拍頻的波長(zhǎng)。用米尺測(cè)量?jī)晒馐墓獬滩钜?，拍頻頌=2F，其中f為超聲波頻率，由數(shù)字頻率計(jì)讀出。精確測(cè)定功率信號(hào)源的頻率F，反復(fù)進(jìn)行多次，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)公式：c=2F&計(jì)算He-Ne激光在空氣中的傳播速度c，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)