文档介绍：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ƒ,周期为T,则光信号可以表示为:
( 1 )
如果光接收器和光发射器的距离为ΔS,则光的传播延时为:
( 2 )
其中C为光速,在ΔS的距离上产生的相位为:
( 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:
( 4 )
将式(2)代入式(3)可得光速:
( 5 )
如果光的调制频率为非常高,在短的传播距离ΔS内也会有大的相位差
,如果光的调制频率ƒ=,则ΔS=5M时就会使光信号的相位移达到一个周期,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ƒ,=。表示为:
( 6 )
将U和U,相乘得到
(7)
可见经乘法器后将得到和频ƒ+ƒ=+=-ƒ=-=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:
( 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。(8)中没有被改变,与(4)式相同,与信号ƒ1的传播时间Δt1相关,Δt1可以从示波器上观察到,设ƒ1的周期为T1,则:
( 9 )
将(9)式代入(5)式得光速:
( 10 )
依上面的条件:
,
,测得ΔS,Δt1即可得由(10)式计算出光速。
系统方案:
,该信号被分为同频同向两路,一路经导线送到乘法器1的输入端;另一路用于调制激光二极管,使其输出的激光微高频调制光,该光经一个三棱镜反射到达光电信号接收系统,发射镜可沿导轨移动从而改变光程。
,该信号被分为同频同向两路,接收系统有一个激发信号接收电路,用于将接收到的激光信号变为电信号:,又经窄带滤波器滤波得到测量信号。
在光电信号接收系统内还有一个电信号接收电路,用于接收光电信号中发送系统中传来的60MHZ电信号。,也经窄带滤波器滤波得到参考信号。
测量信号和参考信号分别输入双踪示波器的二输入端,利用数字示波器测量信号的时间差。
【实验中注意事项】
要将示波器通道1设置为触发信号,且过零触发。
2、调节间距时缓慢移动盒子。
【实验问题】
1、为什么计算光速的时候要将间距乘以2?
2、本实验中,光速测量的误差主要来源于哪里?
广东第二师范学院实验原始数据记录表
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
实验时间
20年月日9:45时至时
实验地点
物理楼