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嘉应学院物理学院近代物理实验
实验报告
实验项目:光拍频法测量光的速度
实验地点:
班级:
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实验时间: 年月日
一、实验目的:
1. 了解声光效应的应用。
2. 掌握光拍法测量光速的原理与方法。
二、实验仪器和用具:
GSY─IV型光速测定仪,XJ17型通用示波器,E324型数字频率计等。
三、实验原理:
根据振动振动迭加原理,两列速度相同,振面和传播方向相同,频差又较小的简谐波迭加形成拍。
假设有两列振幅相同(只是为了简化讨论),角频率分别为和的简谐波沿方向传播。式中、称为波数,和为初位相,这两列简谐波迭加后得
=
式中可见,E是以角频率为,振幅为的前进波。注意到其振幅是以角频率随时间作周期性缓慢变化,所以称E为拍频波。
光拍信号的位相与空间位置有关。处在不同空间位置的光电检测器,在同一时刻有不同位相的光电流输出。
假设空间两点A、B(见图4—5)的光程差为,对应的光拍信号的位相差,即
(4—14)
光拍信号的同位相诸点的位相差满足下列关系
(4—15)
则
式中,当取相邻两同位相点,恰好是同位相点的光程差,即光拍频波的波长。从而有或(4—16)
因此,实验中只要测出光拍波的波长(光程差)和拍频(,
为超声波频率),根据(4-16)式可求得光速c值。
四、实验步骤:
本实验利用声光调调制测量He─Ne激光(=)在空气中的传播速度c。并求测量标准偏差。与公认值比较,求百分误差。
1、实验装置的调试
按图5-36-4(b)联接好所用仪器的线路,高频信号源的信号输出端接频率计FA,打开频率计开关,频率旋钮置于100Hz,,打开高频(超声波)信号源,分频器y轴输出端接示波器的y轴输入端,x轴输出端接示器x外触发(或EXT)。
接通激光光源的开关,调节工作电流至4~5mA(或小于4mA),以最大激光光强输出为准,预热15分钟,使激光输出稳定,并调节激光束与装置导轨平行。
打开示波器电源开关,y轴增幅旋至2V/diV,,示波器右下四个旋钮分别置于:自动、+、内、AC。
①
②
(a)同相
①
②
(b)有位相差
图5-36-5
接通稳压电源开关,直流电压为+15V(红灯亮),电源正常供电。细心调节超声波频率,调节激光束通过声光介质并与驻声场充分互相作用(通过调节频移器底座上的螺丝完成),调节高频信号源频率微调旋钮,使之产生二级以上最强的衍射光斑。
调节光阑,用光阑选取所需的(零级或一级)光束,调节M0、M1方位,使①②路光都能按预定要求的光路进行。
按图5-36-4(a)中的光路,调节各全反射镜