光速测定
测定光速的迈克尔逊干涉实验
测定光速的迈克尔逊干涉实验引言：光速是物理学中一个重要的物理常数，它在许多领域中都具有重要的应用。
使用迈克尔逊干涉实验可以测定光速，这一实验的原理基于光的干涉现象。
本文将详细解读迈克尔逊干涉实验的定律、实验准备、实验过程，并探讨实验的应用和其他专业性角度。
一、定律解读：1. 光的干涉现象：光的干涉现象是指两个或多个光波相遇并叠加时产生的干涉现象。
根据光的干涉定律，在特定条件下，光的干涉可以形成明暗相间的干涉条纹。
这些干涉条纹提供了测量物理量的工具。
2. 迈克尔逊干涉仪：迈克尔逊干涉仪是一种基于干涉现象测量光速的仪器。
它由一个光源、一束分束器、两个全透镜和一个干涉板构成。
干涉板被放置在两支光束的相交处，通过调节其中一个全透镜的位置，可以观察到干涉条纹的变化。
二、实验准备：1. 实验仪器：迈克尔逊干涉仪、光源、分束器、透镜、干涉条纹接收器等。
2. 实验材料：透明的玻璃或空气等用于制备干涉板。
3. 实验环境：需要在暗室中进行实验，以减少外界干扰。
三、实验过程：1. 实验前准备：a. 制备干涉板：用细砂纸打磨一块透明玻璃或在玻璃表面涂上薄膜，使其能够反射掉一部分光线。
2. 实验操作：a. 设置迈克尔逊干涉仪：将光源放置在适当位置，使用透镜和分束器将光线分成两束相互垂直的光线，并使其通过分束器后分别通过两个全透镜。
b. 调整干涉板：将干涉板放置在两束光线的相交处，通过微调其中一个透镜的位置，观察干涉条纹的变化并调整到最亮的状态。
c. 测量干涉条纹数目：通过测量转动其中一个全透镜一周后干涉条纹通过的数量，可以计算出相邻的干涉条纹之间的角度差。
d. 计算光速：通过测得的干涉条纹间距以及仪器的长度，可以根据相关公式计算出光速的值。
四、实验应用和专业性角度：1. 测定光速：迈克尔逊干涉实验是测量光速的经典方法之一。
根据测得的干涉条纹的间距和仪器的长度，可以精确计算出光速的值。
2. 光学研究：迈克尔逊干涉仪的应用远不止于测量光速，它在光学研究中也是一个重要的实验工具。
高中物理实验教案：测定光速的方法探究
高中物理实验教案：测定光速的方法探究一、引言在高中物理课程中，学生们经常会遇到实验探究的任务。
其中一个重要的实验就是测定光速的方法探究。
光速是光在真空中传播的速度，它具有极高的数值（约为300,000,000米/秒），对于科学研究和现代技术发展具有重要意义。
本文将介绍几种测定光速的方法，并分析其原理与步骤。
二、第一种方法：菲涅尔透镜法1. 实验原理菲涅尔透镜法利用透镜成像的特性，通过测量物体移动的距离和时间来计算出光速。
2. 实验步骤a. 准备一块平面玻璃，上面放置一个小孔，以使光线从小孔射入。
b. 在玻璃上竖直固定一个透明尺垂直于光线方向。
c. 放置一个可移动标志物，如纸片，在尺上。
d. 使用一台钟表记录标志物在移动过程中所需时间。
e. 通过改变尺与玻璃板之间的距离来改变焦距。
f. 测量不同焦距下标志物所需时间。
3. 结果分析根据焦距和时间的数据，可以绘制出一条直线，通过这条直线找到焦距为零时标志物所需要的时间。
此时，光线射入玻璃板之前被透明尺阻挡一段时间，而在通过玻璃板后又被阻挡相同的时间。
因此，在推导公式中可以剔除这部分时间。
最终，根据测量得到的数据计算出光速。
三、第二种方法：费曼反射法1. 实验原理费曼反射法利用光在不同介质中传播时发生折射和反射现象的特点进行测定光速。
2. 实验步骤a. 准备一块平行透明介质（如平行板）。
b. 在平行介质上放置一个小孔，并将其作为起始点。
c. 向小孔方向射入一束光线，使其与平行板碰撞。
d. 观察经过平行板后形成的反射和折射现象。
e. 根据观察结果记录下相应数据，并注意测量过程中可能产生的误差。
3. 结果分析通过实验观察可以得到光在不同介质中传播的现象，其中包括光线的折射和反射。
根据折射公式和反射公式，可以推导出光在两个介质之间传播速度的比值。
从而得到光速。
四、第三种方法：李萨如图法1. 实验原理李萨如图法是一种通过利用频率和波长之间关系测定光速的方法。
2. 实验步骤a. 准备两个正交的振动电极。
初中物理实验测量光的速度
初中物理实验测量光的速度光是一种电磁波，具有很高的速度，能在真空中传播。
为了准确测量光的速度，科学家们进行了一系列的实验，其中最著名的实验是法拉第实验。
下面将详细介绍法拉第实验的步骤和原理，并探讨其他一些测量光速的方法。
一、法拉第实验1. 实验原理法拉第实验基于光的干涉现象，利用光的波长和干涉条纹的间距之间的关系来测量光的速度。
当两束光相遇时，会产生干涉现象，形成明暗相间的干涉条纹。
根据干涉条纹的间距和光的波长，可以计算出光的速度。
2. 实验步骤（1）实验器材准备：一个可调节的光源，例如激光器或者钠灯，一块玻璃板和一个二维光栅。
（2）将光源对准光栅，调整到适当的角度，使得光栅的条纹在玻璃板上均匀分布。
（3）观察干涉条纹：用放大镜观察玻璃板上的干涉条纹，并记录下相邻条纹的间距。
（4）测量光的速度：根据所用光的波长和干涉条纹的间距，利用公式v = λf计算出光的速度。
二、其他测量光速的方法除了法拉第实验，还有其他一些方法可以测量光的速度，如：1. 迎风飞行法在夜晚，选择一个距离较远的标志物，如电线杆等，用手持的手电筒做光源，迅速移动手电筒，并记录下标志物在不同位置出现的时间差。
根据距离和时间差，可以计算出光的速度。
2. 光线折射法利用光在介质中传播时的折射现象，测量光的速度。
将一束光射入一个介质中，并记录下折射角度及光线通过介质的时间。
根据折射角度和时间，可以计算出光的速度。
3. 光学纤维方法利用光在光学纤维中传播的速度来测量光的速度。
将一束光射入纤维中，并记录下光线通过纤维的时间。
根据纤维的长度和时间，可以计算出光的速度。
三、实验误差及改进在进行光速测量实验时，可能会存在一些误差：1. 仪器误差：实验仪器的精度会影响数据的准确性，使用更加精确的仪器可以减小误差。
2. 环境因素：温度、湿度等环境因素会对光速的测量结果产生影响，保持实验环境稳定可以减小误差。
3. 实验操作：实验操作不准确也会导致测量误差，进行实验时需要注意仪器的校准和操作的规范性。
测定光速的实验方法
31. 测定光速的实验方法1． 1．斐索齿轮法1849年，斐索第一个不用天文观察，而在地面上的实验装置中测得光速。
此法实质上与伽利略提出的方法一致，不过用反射镜代替了第二个观察者，旋转的齿轮代替了用手启闭的开关。
换言之，即用反射镜保证行至第二观察者〔直〕的信号能立即返回。
并用齿轮来较准确的测定时间。
齿轮法的装置如图4所示。
光自垂直于图面的狭缝状光源s 出发，经过透镜L 和有半镀银面的平板M 1，而会聚于F 点。
在F 点所在的平面内，有一个旋转速度可变的齿轮W ，它的齿隙不遮光，而它的齿却能遮住所有会聚于F 点的光。
通过了齿隙的光，经过透镜L 1后成为平行光，透镜L 2将此平行光会聚在它自己焦点上的凹面反射镜M 2的外表上。
光至反射镜M 2后被反射沿原路回来。
如果在光由F 到M 2的一个往返的时间间隔Δt 内，齿轮所旋转的角度正好使齿隙被齿所代替，那么由M 2反回的光受阻，在透镜L 3后E 处看不见光；反之，如果齿隙被另一齿隙所代替，那么在E 处能看见由M 2反回来的光。
这样，当齿轮转速由零而逐渐加快时，在E 处将看到闪光。
当齿轮旋转而达第一次看不见光时，必定是图4中的齿隙1为齿a 所代替。
设齿轮此时的转速为每秒v 圈，齿数为n ，那么a 转到1所需的时间间隔另一方面，在此时间内光由F 到M 2，又由M 2返回到F ，走了路程2L,即 c L t 2=∆ vt η 2 1= ∆比拟所得的两式，那么有C = 4nL v。
〔4〕斐索用齿数720的齿轮，取2L等于1.7266×105米，发现第一次看不见光时齿轮的旋转速度为每秒12.6圈，测得光速为3.15×108米／秒。
这个实验中主要的误差是很难准确地定出看不见光的条件，因为齿有一定的宽度，当F不正好在齿的中央时光也能被遮住。
斐索之后，还有考纽〔1874〕，福布斯〔Forbes〕，以及珀罗汀〔Perotin〕等人先后改良了这个实验，所得结果均在2.99×l08和3.01×108米／秒的范围内。
大学物理实验--光速的测定
实验三十六 光拍频法测量光速光速是物理学中重要的常数之一。
由于它的测定与物理学中许多基本的问题有密切的联系，如天文测量，地球物理测量，以及空间技术的发展等计量工作的需要，对光速的精确测量显得更为重要，它已成为近代物理学中的重点研究对象之一。
17世纪70年代，人们就开始对光速进行测量，由于光速的数值很大，所以早期的测量都是用天文学的方法。
到了1849年菲索利利用转齿法实现了在地面实验室测定光速，其测量方法是通过测量光信号的传播距离和相应时间来计算光速的。
由于测量仪器的精度限制，其精度不高。
而19世纪50年代以后，对光速的测量都采用测量光波波长λ和它的频率f 。
由c=f ·λ得出光的传播速度。
到了20世纪60年代，高稳定的崭新光源激光的出现，使光速测量精度得到很大的提高，目前公认的光速度为(299792458±1.2)m/s ，不确定度为4×10-9。
测量光速的方法很多，本实验采用声光调制形成光拍的方法来测量。
实验集声、光、电于一体。
所以通过本实验，不仅可以学习一种新的测量光速的方法，而且对声光调制的基本原理，衍射特性等声光效应有所了解，并通过实验掌握光拍频法测量光速的原理与方法。
[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。
[实验原理]本实验采用声光调制器产生具有一定频差、重叠在一起的两光束，从而方便地获得光拍频的传播。
通过光电倍增管检测光拍信号，用示波器比较光拍传播空间两点的位相，从而测量激光在空气中的传播速度。
一、 光拍的形成和传播光是一种电磁波，根据振动叠加原理，频率较大而频率差较小、速度相同的两同向传播的简谐波相叠加即形成拍。
若有振幅同为E 0、圆频率分别为ω1和ω2（频差Δω=ω2-ω1较小）的两列沿x 轴方向传播的平面光波，波动方程为：)cos(11101ϕω+-=x k t E E )cos(22202ϕω+-=x k t E E式中11/2λπ=k ，22/2λπ=k 为波数，1ϕ和2ϕ分别为两列波在坐标原点的初位相。
光速测量方法完整版
一、 伽 利 略 测 量 光 速
1607年伽利略最早做了测定光速的尝 探 索 试：让两个实验者在夜间每人各带一 盏遮蔽着的灯，站在相距约1.6km的 光 两个山顶上，第一个实验者先打开灯， 同时记下开灯的时间，第二个实验者 速 看到传来的灯光后，立刻打开自己的 旅 灯，第一个实验者看到第二个实验者 之 的灯光后，再立刻记下时间．然后根 据记下的时间间隔和两山顶间的距离 计算出光的传播速度．
三、 • 当一束由光导纤维的入射端耦合到光导纤维内 光 部之后，会在光纤内同时激励起传导模式和辐 纤 射模式，但经过一段传输距离，辐射模的电磁 场能量沿横向方向辐射尽后，只剩下传导模式 中 沿光纤轴线方向继续传播，在传播过程中只会 光 因光导纤维纤芯材料的杂质和密度不均引起的 速 吸收损耗和散射损耗外，不会有辐射损耗。目 的 前的制造工艺能使光导纤维的吸收和散射损耗 测 做到很小的程度，所以传导模式的电磁场能在 量 光纤中传输很远的距离。
• 1928年，卡娄拉斯和米太斯塔德首先提出利用 四、 克尔盒法来测定光速。1951年，贝奇斯传德用 这种方法测出的光速是299793千米/秒。 新 • 探 方 1950年，艾森提出了用空腔共振法来测量光速。 索 法 这种方法的原理是，微波通过空腔时当它的频 率为某一值时发生共振。根据空腔的长度可以 测 光 求出共振腔的波长，在把共振腔的波长换算成 量 光在真空中的波长，由波长和频率可计算出光 速。 速 光 • 旅 速 当代计算出的最精确的光速都是通过波长和频 之 率求得的。1958年，弗鲁姆求出光速的精确值： 299792.5±0.1千米/秒。1972年，埃文森测得 了目前真空中光速的最佳数值： 299792457.4±0.1米/秒。
光 速 测 量 经 典 方 法
一、迈克尔孙的光速测量方法 二、光拍测量光速 三、光纤中光速的测量
测定光速的方法及精度分析
测定光速的方法及精度分析光速是一个具有重要物理特性的常数，它被定义为在真空中光在单位时间内通过的距离。
光速的准确测定对于物理学领域的研究至关重要。
本文将介绍一些测定光速的方法，并分析它们的精度。
第一种方法是利用干涉仪测光速。
干涉仪是一种能够利用光的波动性进行测量的仪器。
我们可以利用干涉仪的原理，将一束光分成两束，并使它们在不同的光程差下重新相遇。
通过测量这些重新相遇的条件，我们可以计算出光速。
这种方法的精度较高，可以达到百万分之一的准确度。
然而，该方法需要精密的仪器和实验设置，并且对实验环境的要求非常高。
第二种方法是利用频率和波长的关系进行测量。
根据光速的定义，光的速度等于光的频率乘以波长。
因此，我们可以通过测量光的频率和波长来计算光速。
这种方法在实际应用中非常常见，例如，通过激光测量器测量光的频率和波长，然后利用光速的定义求解光速。
这种方法的精度依赖于测量频率和波长的仪器的精度。
对于高精度的设备，可以达到百万分之几的准确度。
第三种方法是利用光的折射现象进行测量。
光在媒质中传播时会发生折射，其折射率与光速有直接关系。
通过测量光在不同介质中的传播速度，我们可以计算出光的速度。
这种方法不需要太多复杂的仪器和实验设置，因此更容易实施。
然而，它需要准确测量光的入射角度和折射角度，所以精度相对较低。
除了这些直接测量方法，还有一些间接方法可以用来测定光速，例如利用电磁波传播的速度等。
这些方法在特定领域有着重要的应用，并且也为测定光速提供了一些参考值。
在进行光速测量时，我们还需要考虑误差源和精度。
光速的测量结果可能受到实验仪器的精度、环境因素、人为误差等多种因素的影响。
因此，为了提高测量结果的精度，我们需要仔细控制这些误差源，并进行适当的修正。
此外，光速的精确测量对于科学研究和技术发展具有重要意义。
它不仅能帮助我们更好地理解光的本质和相对论物理，还可以应用于天文学、光学技术和通信工程等领域。
通过不断改进测量方法和提高测量精度，我们可以更加准确地获得光速的数值，为相关领域的发展贡献力量。
光速的测定光的相速度和群速
随着光速测定技术的不断发展，其应用领域也将 不断拓展，有望在更多领域实现应用。
光速测定在科学研究中的应用前景
01
02
03
验证物理理论
光速的测定结果对于验证 物理理论具有重要意义， 例如验证相对论中的光速 不变原理等。
推动光学研究发展
光速的测定有助于推动光 学研究的发展，例如研究 光的传播特性、光的干涉 和衍射等现象。
群速的测量
脉冲延迟法
利用脉冲光在介质中传播时的延迟现象来测 量群速。通过测量脉冲光在介质中传播的时 间延迟，并根据光速与延迟时间的关系计算 群速。这种方法需要使用脉冲光源和高速探 测器等设备。
频率扫描法
通过改变光的频率并测量其在介质中的传播 速度来得到群速。使用可调谐激光器或光谱 仪等设备，在不同频率下测量光的传播速度， 并根据速度与频率的关系计算群速。
激光干涉法
利用激光的干涉现象来测量光速。将激光分为两路，一路作为参考光路，另一路经过待测距离后返回 与参考光路发生干涉，通过测量干涉条纹的移动来推算光速。
光纤法
利用光纤中光的传输特性来测量光速。将光信号通过光纤传输一段已知距离后，测量其传输时间并计 算光速。这种方法具有高精度和可重复性好的优点。
04 相速度和群速的测量技术
光速的测定光的相速度和群速
目 录
• 引言 • 光速测定的基本原理 • 光速测定的实验方法 • 相速度和群速的测量技术 • 光速测定在现代物理学中的应用 • 总结与展望
01 引言
光的速度概念
相速度
光在介质中传播时，其电磁波的 相位变化的速度，即相速度。相 速度与光的频率和介质的折射率 有关。
群速度
02 光速测定的基本原理
光的波动性质
光速的测定
实验目的
一、理解光拍频的概念。
二、掌握光拍法测光速的技术 。
实验原理
当代计算出的最精确的光速都是通过波长和频率求得的。 光拍频原理测光速是指利用频率不同的光波平行迭加形成 光拍频波，用光电检测信号处理电路接受和处理被分束器分成 的两束拍频波，从而获得拍频波的电信号，利用荧光屏的余辉， 在一台普通低档单道示波器上同时观察和比较两束光的波形和 相位，通过测量光程差和相应拍频波的相位差，从而方便地计 算出光的传播速度。
实验原理 频率分别为f1和f2（频差较小）的光束叠加：
ω − ω2 x ϕ1 − ϕ 2 ω + ω2 x ϕ1 + ϕ2 Es = E1 + E2 = 2 E cos 1 t − + × cos 1 t − + 2 2 2 c 2 c
实验步骤
10．摇动手柄17，使二路光的光程差刚好是λ。 11. 测量光拍的波长λ和对应的超声波的频率f。 12．重复10、11步骤五次，测量五组数据。 13．由c=∆f λ（∆f=2f） 计算光速，并计算均方误差。
实验注意事项
调节“1”、“2”两路光时，要使最 后进入光电接收二极管的光束与导轨槽平 行，并沿接收器的光轴入射到光电二极管 的光敏面上。
实验步骤
7．仔细调节光电接收管的位置调节螺丝，使示波器上看到的 信号最大。 8． 用斩管器挡住近程光，调节半反射镜5以及全反射镜8―13 和正交反射镜组14，使远程光束“2”也经透镜的光轴入射到光 电接收管的光敏面上。仔细调节正交反射镜组14的左右位置和 仰角，使示波器上显示的信号最大。 9．接通斩光器开关S3，使斩光器旋转，可在示波器上同时观 察到远、近程光及零信号的图形，微调光路和光电接收管的位 置调节螺丝，使示波器上显示的二路光信号均有一定的幅度。
7.1光速的测定光的相速度和群速度
斐索（1819-1896）法国物 理学家
后来，法国科学家傅科用一 只旋转的镜子测定光速。他让 镜子以一定的速度转动，使它 在光线发出并从一面静止镜子 反射回来这段时间内，恰好旋 转一周。傅科在物理学史上以 其“傅科摆”的实验著名于世。
这个定义是：
“米是平面电磁波在（1/299792458）秒的持续时 间内在真空中传播行程的长度”。
3 光的相速度和群速度
根据光的微粒说，光在两种媒质界面上折射时，傅 科做实验测定空气和水中光速之比近于4:3，此数值与 空气到水的折射率相符，从而判定光的波动说的正确性。
虽然在傅科实验完成之前，光的波动说已为大量事 实（如干涉、衍射、偏振等）所证明，但傅科的实验仍 被认为是对惠斯原理最直接和最有力的支持，然而随着 测定光速方法的改进，问题又复杂化了.
1885年迈克耳逊以较高的精度重复了傅科实验的同 时，还测定了空气和CS2光速之比为1.758，但是用折射 法测定的CS2折射率为1.64，两数相差甚大，绝非实验 误差所致，这矛盾直到瑞利提出“群速”的概念之后才 解决。
一列有限长的波相当于许多单色波列的迭加，通 常把由这样一群单色波组成的波列叫做波包。
当波包通过有色散的媒质时，它的各个单色分量 将以不同的相速前进，整个波包在向前传播的同时， 形状亦随之改变，我们把波包中振辐最大的地方叫做 它的中心，波包中心前进的速度叫做群速，记作υg。
为简单起见，我们考虑由两列波 组成“波包”。设两列波分别为
即两波的频率（或波长）很接近， 它们合成的波列为
此波的瞬时图像如下图所示，是振辐受到低频 调制高频波列，这调制波列有一系列的最大值， 因而它还算不得是一个典型的波包。要得到一 个真正的波包，需有更多频率和波长相近的波 迭回在一起 。
光速的测定光的相速度和群速度
06 结论
光速测定的重要性和影响
物理学基础
光速是物理学中的一个基本常数，对理解光和物质相互作用、电 磁波传播等基本物理现象具有重要意义。
相对论框架
光速是狭义相对论和广义相对论的基础，对理解时空结构、相对论 效定对光学、激光技术、通信技术等领域的发展和应用 具有重要影响，如光纤通信、卫星导航等。
该实验通过将一束光分成两束，使它们在空间中传播一定距离后相遇，形成干涉条 纹。根据干涉条纹的移动距离和条纹间距，可以计算出光速的大小。
萨格纳克干涉实验的结果也表明，光速是一个恒定的值，不受光源和观察者的相对 运动影响。
其他测定方法
除了迈克尔逊-莫雷实验和萨格纳克干涉实验外，还有许多其他方法可以用来测 定光速，例如利用激光和光学纤维的方法、利用卫星轨道测量和射电望远镜的方 法等。
相速度可以通过光波在介质中的波长和频率计算得出，公式为： v=c/n，其中v为相速度，c为光在真空中的速度，n为介质的折 射率。
也可以通过测量光波在介质中的波长和相位差来计算相速度 。
相速度的物理意义
相速度决定了光波在介质中的传播速 度，是光与物质相互作用的重要参数。
相速度的变化反映了介质对光的折射 效应，是光学研究中的重要概念。
该实验采用了分束器将一束光分为两束，分别沿着地球运 动的方向和垂直于地球运动的方向传播，然后通过干涉仪 观察干涉条纹的变化，从而推算出光速的大小。
迈克尔逊-莫雷实验的结果表明，无论在哪个方向上，光速 都是一样的，这一结果被称为光速的各向同性。
萨格纳克干涉实验
萨格纳克干涉实验是一种利用光的干涉现象测定光速的方法。
05 光速测定在实际中的应用
在物理学研究中的应用
验证光速不变原理
通过精确测定光速，可以验证光速在真空中 恒定的原理，这是爱因斯坦相对论的基本假 设之一。
光速测量的方法完整版
光 速 测 量 经 典 方 法
一、迈克尔孙的光速测量方法 二、光拍测量光速 三、光纤中光速的测量
一、• 迈 克 尔 孙 的 光 速 测 量 方 法
•c=2L÷ 如图所示是迈克尔逊用 转动八面镜法测光速的 （2π×1/8×1/fo) 实验示意图，图中S为 发光点，T是望远镜， =8Lfo/π 如果在望远镜 平面镜O与凹面镜B构成 中能看到发光点，则说 了反射系统。八面镜距 反射系统的距离为AB＝ 明，光线由发光点发出 L（L可长达几十千米）， 后，经过八面镜，凹面 且远大于OB以及S和T 到八面镜的距离。现使 镜和平面镜的反射，也 八面镜转动起来，并缓 就经过图中的路线，即 慢增大其转速，当转动 频率达到f0并可认为是 走了2L的距离，此时八 匀速转动时，恰能在望 面镜正好转动了1/8周。 远镜中第一次看见发光 点S，由此迈克尔逊测 这段时间是 出光速c。 2π×1/8×1/fo ，fo是
这种测量光速的方法，原理虽然 探 索 正确，但是却没能测出光速，这 是因为光速很大，在相距约 光 1.6km的两山顶间来回一次，所 速 用的时间大约只有十万分之一秒， 旅 这样短的时间，比实验者的反应 之 时间短得多，即使有比较精密的 计时仪器也测不出光速来，更不 用说当时的原始计时装置了
二、
天 文 方 法
三 、 在 地 面 上 设 计 实 验 装 置 来 测 定 光 速
1、 1849年，法国人菲索第一次在地面上 设计实验装置来测定光速。他的方法原理与 索 探 伽利略的相类似。他将一个点光源放在透镜 的焦点处，在透镜与光源之间放一个齿轮， 在透镜的另一测较远处依次放置另一个透镜 之 和一个平面镜，平面镜位于第二个透镜的焦 点处。点光源发出的光经过齿轮和透镜后变 成平行光，平行光经过第二个透镜后又在平 面镜上聚于一点，在平面镜上反射后按原路 旅 返回。由于齿轮有齿隙和齿，当光通过齿隙 光 时观察者就可以看到返回的光，当光恰好遇 速 到齿时就会被遮住。从开始到返回的光第一 次消失的时间就是光往返一次所用的时间， 根据齿轮的转速，这个时间不难求出。通过 这种方法，菲索测得的光速是315000千米/ 秒。由于齿轮有一定的宽度，用这种方法很 难精确的测出光速。
物理学实验：测定光速的实验方法
物理学实验：测定光速的实验方法一、背景介绍光速是自然界中最基本的物理常数之一，它是电磁波在真空中传播的速度。
准确测定光速对于科学和技术的发展至关重要。
本文将介绍几种常用的实验方法来测定光速。
二、弗劳恩霍夫干涉法弗劳恩霍夫干涉法通过利用等待时间差产生干涉条纹进行测量，具体步骤如下：1.设置一个透镜或反射镜并将其分为两个部分。
2.在两个部分之间插入一个样品，使光束通过样品并产生少许延迟。
3.调整透镜或反射镜上的物体和像距离，以便在屏幕上观察到明亮和暗淡的交替条纹。
4.测量不同位置的条纹位置，并计算出不同位置之间的时间差。
5.根据已知样品长度和时间差，可以计算出光速值。
三、费曼油滴实验费曼油滴实验通过观察油滴在电场中的运动来测量光速，具体步骤如下：1.将一小滴油滴悬挂在导线上，并使其平衡静止。
2.打开电场并观察油滴在电场力作用下的偏转运动。
3.测量油滴在不同电场强度下的位移和时间。
4.利用公式计算出光速与电场强度之间的关系。
5.根据已知电场强度，可以计算出光速值。
四、迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪通过利用干涉现象来测量光速，具体步骤如下：1.将一个定向半反射镜和一个移动平面镜组成迈克尔逊干涉仪。
2.调整干涉仪直到观察到明亮和暗淡交替出现的干涉条纹。
3.测量移动平面镜相对于固定半反射镜的位移以及条纹变化所需的时间。
4.根据已知实验装置长度和时间差，可以计算出光速值。
五、其他方法除了以上介绍的方法外，还有许多其他方法可以测定光速。
例如，利用雷达系统测量电磁波在空气中的传播速度，利用光纤中的信号传输时间来计算光速等。
六、结论通过这些实验方法，科学家们能够准确地测定光速的数值。
同时，这些实验方法也为我们提供了更深入理解光传播和电磁波性质的机会。
以上就是几种常用的测定光速的实验方法，不同方法有各自适用的场合和精度要求。
科学家们借助这些方法不断改进技术并推动物理学领域的发展。
光速的测量方法是什么
光速的测量方法是什么相信很多的人都知道光速是什么，但是大部分的人都不清楚光速是如何测量的?小编就和大家分享光速测量方法，来欣赏一下吧。
光速测量方法1.罗默的卫星蚀法光速的测量，首先在天文学上获得成功，这是因为宇宙广阔的空间提供了测量光速所需要的足够大的距离.早在1676年丹麦天文学家罗默(1644—1710)首先测量了光速.由于任何周期性的变化过程都可当作时钟，他成功地找到了离观察者非常遥远而相当准确的“时钟”，罗默在观察时所用的是木星每隔一定周期所出现的一次卫星蚀.他在观察时注意到：连续两次卫星蚀相隔的时间，当地球背离木星运动时，要比地球迎向木星运动时要长一些，他用光的传播速度是有限的来解释这个现象.光从木星发出(实际上是木星的卫星发出)，当地球离开木星运动时，光必须追上地球，因而从地面上观察木星的两次卫星蚀相隔的时间，要比实际相隔的时间长一些;当地球迎向木星运动时，这个时间就短一些.因为卫星绕木星的周期不大(约为1.75天)，所以上述时间差数，在最合适的时间(上图中地球运行到轨道上的A和A’两点时)不致超过15秒(地球的公转轨道速度约为30千米/秒).因此，为了取得可靠的结果，当时的观察曾在整年中连续地进行.罗默通过观察从卫星蚀的时间变化和地球轨道直径求出了光速.由于当时只知道地球轨道半径的近似值，故求出的光速只有214300km/s.这个光速值尽管离光速的准确值相差甚远，但它却是测定光速历史上的第一个记录.后来人们用照相方法测量木星卫星蚀的时间，并在地球轨道半径测量准确度提高后，用罗默法求得的光速为299840±60km/s.2.布莱德雷的光行差法1728年，英国天文学家布莱德雷(1693—1762)采用恒星的光行差法，再一次得出光速是一有限的物理量.布莱德雷在地球上观察恒星时，发现恒星的视位置在不断地变化，在一年之内，所有恒星似乎都在天顶上绕着半长轴相等的椭圆运行了一周.他认为这种现象的产生是由于恒星发出的光传到地面时需要一定的时间，而在此时间内，地球已因公转而发生了位置的变化.他由此测得光速为：C=299930千米/秒，这一数值与实际值比较接近。
光速的测定(精)
光拍频法测量光速光波是电磁波，光速是最重要的物理常数之一。
光速的准确测量有重要的物理意义，也有重要的实用价值。
基本物理量长度的单位就是通过光速定义的。
测量光速的方法很多，有经典的有现代的。
我们需要的是物理概念清楚、成本不高而且学生能够在实验桌上直观、方便地完成测量的那种方法。
我们知道，光速c=s/Δt ，s 是光传播的距离，Δt 是光传播s 所需的时间。
例如c=f λ中，λ相当上式的s ，可以方便地测得，但光频f 大约1014Hz ，我们没有那样的频率计，同样传播λ距离所需的时间Δt=1/f 也没有比较方便的测量方法。
如果使f 变得很低，例如30MHz ，那么波长约为10m 。
这种测量对我们来说是十分方便的。
这种使光频“变低”的方法就是所谓“光拍频法”。
本实验利用激光束通过声光移频器,获得具有较小频差的两束光,它们迭加则得到光拍;利用半透镜将这束光拍分成两路，测量这两路光拍到达同一空间位置的光程差（当相位差为2π时光程差等于光拍的波长）和光拍的频率从而测得光速。
一、实验目的1． 掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法,并对声光效应有一初步了解。
2． 通过测量光拍的波长和频率来确定光速。
二、原理1.光拍的形成及其特征根据振动叠加原理，频差较小，速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。
若有振幅相同为E0、圆频率分别为1ω和2ω（频差21ωωω-=∆较小）的二光束： )cos(11101ϕω+-=x k t E E)cos(22202ϕω+-=x k t E E式中11/2λπ=k ，22/2λπ=k 为波数，1ϕ和2ϕ为初位相。
若这两列光波的偏振方向相同，则叠加后的总场为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+--=+=2)(2cos 2)(2cos 221212121021ωϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E图1 拍频波场在某一时刻t 的空间分布上式是沿x 轴方向的前进波，其圆频率为2/)(21ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-∆2)(2cos 2210ϕϕωc x t E ，因为振幅以频率为πω4/∆=∆f 周期性地变化，所以E 被称为拍频波，f ∆称为拍频，f c ∆=∆=Λ/λ为拍频波的波长。
光速的测定doc
实验一动力法测定刚体的转动惯量光速是物理学中最重要的基本常数之一，也是各种频率的电磁波在真空中的传播速度，许多物理概念和物理量都与它有密切的联系，光速值的精确测量将关系到许多物理量值精确度的提高，因此，光速的测定在光学的研究中有着重要的意义。
光速首先是由丹麦天文学家罗默在1676年测定的。
其后许多科学家利用不同的天文学或实验室方法对光速进行了多次测量。
在这期间每一点进步都促进了几何光学和物理光学的发展。
尤其是在微粒说与波动说的争论中，光速的测定不仅给这一场著名的科学争辩提供了判定的重要依据，而且最终推动了爱因斯坦相对论理论的发展。
1975年第十五届国际计量大会确认的光速值c=299792458±1.2m/s。
测定光速的方法较多，实验室测定光速的方法有：微波谐振腔法、光脉冲测量法、驻波法、相位差法等等。
相位差法光速测量系统只需较短的距离就能方便、快捷、较高精度的测量光速，非常适合学生实验，并且其原理较简单便于学生理解，因此本实验采用相位差法测定光速。
一、实验目的1．熟悉和掌握数字存储示波器的使用。
2．掌握相位法测量光的传播速度。
3．掌握数据的不确定度处理方法。
二、实验仪器DHLV-2光速测定仪、UTD2102CEX 数字存储示波器。
图1 光速测定仪测试架。
图中，1．激光发射装置，2.光电探测装置，3.水或石英玻璃装置，4.直线导轨，5.滑块及反射棱镜，6.棱镜调节螺杆图2 光速测定仪面板图。
图中：1. J1：59.9MHz 参考频率信号输出，2. J2：60MHz 调制频率信号输出，3. J3：60MHz 光电接收信号输出，4. J4：100KHz 参考信号输出，5. J5：100KHz测量信号输出。
三、实验原理 1. 相位法理论基础如果光信号的调制频率为f, 周期为T 则光信号可以表示为：)2cos(0t f A E ⋅⋅⋅=π（1）如果光接收器和发射器的距离为s ∆，则光的传播延时为：cs t ∆=∆ （2）其中c 为光速。
光速测量方法完整版
测 量
率求为出某共一振值腔时 的发波生长共，光振在。把根共据振空腔腔的的波长长度换可算以成
光在真空中的波长，由波长和频率可计算出光
光
速。 速
速
•
旅
当代计算出的最精确的光速都是通过波长和频
率求得的。1958年，弗之鲁姆求出光速的精确值：
299792.5±0.1千米/秒。1972年，埃文森测得
二、
天
1、1676年，丹麦天文学家罗麦第一次提
文 出了有效的光速测量方法。他在观测木星的
方
卫星的隐食周期时发现：在一年的不同时期， 它们的周期有所不同；在地球处于太阳和木
法 星之间时的周期与太阳处于地球和木星之间
测 时的周期相差十四五天。他认为这种现象是
量
由于光具有速度造成的，而且他还推断出光 跨越地球轨道所需要的时间是22分钟。1676
速 秒。由于齿轮有一定的宽度，用这种方法很
难精确的测出光速。
三、 在 地 面 上 设 计 实 验 装 置 来 测 定 光
• 2、1850年，法国物理学家傅科 改 镜进 、了一探菲面索旋的转方的法平，面他镜索只和用一一 个个 凹面透 镜。平行光通过旋转的平面镜汇聚
到凹面镜的圆光心上，同样用平面镜
的 方 另 速速转 法 外 度速测傅，可出科通以的还过求光测与出速出光时是了在之间光空29。在气80傅水中00科中传千旅用 的 播米这 传 速/秒种 播度。
据记下的时间间隔和两山顶间的距离 计算出光的传播速度．
这正种确测，量但探光是速 却的 没方 能法 测， 出原 光索理 速虽 ，然这
是因为光速很大，在相距约 1.6km的两山顶光间来回一次，所 用的时速间大约只有十万分之一秒， 这样短的时间，比实验者的反旅应 时间短得多，即使有之比较精密的
光速的测定
到转镜面R上，经R反射后又射到35公里以外的一块反射 镜C上。光线再经反射后又回到转镜。所用时间是t=2D/c。 在t时间中转镜转过一个角度。实验时，逐渐加快转镜转 速，当转速达到 528转/秒时，在t时间里正好转过1/8圈。 返回的光线恰恰落在棱镜的下一个面上，通过半透镜M可 以从望远镜里看到返回光线所成的像。
光
速
的
测
定
§3. 光速的测定
光在真空中的传播速度是一个极其重 要的物理量，能否准确测定是物理实验技术 水平和理论水平的标志。
一.早期的实验 二.天文学方法
三.实验室方法
四 “以太漂移”的测 定
光
速
的
测
定
一.早期的实验
在光速的问题上物理学界曾经产生过争执，开普勒和笛 卡尔都认为光的传播不需要时间，是在瞬时进行的。但伽 利略认为光速虽然传播得很快，但却是可以测定的。 1607年，伽利略进行了最早的测量光速的实验：在已 知距离的两个高山峰上，放两盏灯，利用接收灯闪亮的时 间去除间距，来测光速，但误差较大。
②微波谐振腔法：1950年埃文森最先采用测定微波波长和频 率的方法来确定光速．在他的实验中，将微波输入到圆柱形 的谐振腔中，当微波波长和谐振腔的几何尺寸匹配时，谐振 腔的圆周长π D和波长λ 之间有如下的关系： π D=2.404825λ ， 因此可以通过谐振腔直径的测定来确定波长，而直径则用干 涉法测量；频率用逐级差频法测定．测量精度达10-7．在埃 森的实验中，所用微波的波长为10厘米，所得光速的结果为 299792.5±1km/s． ③激光测速法：1970年美国国家标准局和美国国立物理实验 室最先运用激光测定光速．这个方法的原理是同时测定激光 的波长和频率来确定光速（c=νλ）．由于激光的频率和波 长的测量精确度已大大提高，所以用激光测速法的测量精度 可达10-9，比以前已有最精密的实验方法提高精度约100倍．
光速测定
VELOCITY OF LIGHT : 简介
...
VELOCITY OF LIGHT : 简介
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光速的测定在光学的发展史上具有非常特殊而重要的意义。它不仅推动了光学实验， 也打破了光速无限的传统观念；在物理学理论研究的发展里程中，它不仅为粒子说和波 动说的争论提供了判定的依据，而且最终推动了爱因斯坦相对论理论的发展。 在光速的问题上物理学界曾经产生过争执，开普勒和笛卡尔都认为光的传播不需要时 间，是在瞬时进行的。但伽利略认为光速虽然传播得很快，但却是可以测定的。1607 年，伽利略进行了最早的测量光速的实验。 1849年，法国人菲索第一次在地面上设计实验装置来测定光速。他的方法原理与伽利 略的相类似。他将一个点光源放在透镜的焦点处，在透镜与光源之间放一个齿轮，在透 镜的另一测较远处依次放置另一个透镜和一个平面镜，平面镜位于第二个透镜的焦点处。 点光源发出的光经过齿轮和透镜后变成平行光，平行光经过第二个透镜后又在平面镜上 聚于一点，在平面镜上反射后按原路返回。由于齿轮有齿隙和齿，当光通过齿隙时观察 者就可以看到返回的光，当光恰好遇到齿时就会被遮住。从开始到返回的光第一次消失 的时间就是光往返一次所用的时间，根据齿轮的转速，这个时间不难求出。通过这种方 法，菲索测得的光速是315000千米/秒。由于齿轮有一定的宽度，用这种方法很难精确 的测出光速。
VELOCITY OF LIGHT : 参考资料 ...
1.大学物理实验教程浙江大学出版社。 2.大学物理实验武汉大学出版社。 3.大学物理导论清华大学出版社。 4.普通物理实验高等教育出版社。 5.改变世界的物理学复旦大学出版社。 6.固体物理学中南大学出版社。 7.工程光学机械工业出版社。 8.英汉物理学词汇北京大学出版社。 9.物理实验手册机械工业出版社。 10.普通物理实验高等教育出版社。 11.大学物理通用教程北京大学出版社。 12.现代光学基础北京大学出版社。 13.电子仪器与测量技术中国科技大学出版社。 14.大学物理浙江大学出版社。
光速的测量方法
光速的测量方法
光速是一种物理常数，代表光在真空中传播的速度。
在科学研究和工程技术中，准确测定光速是非常重要的。
下面介绍几种测量光速的方法。
一、弗劳恩霍夫干涉法
弗劳恩霍夫干涉法是一种间接测量光速的方法。
将一束光分成两束，使其沿着不同的路径行进，之后再将它们合并在一起，产生干涉现象。
通过调节其中一束光的路径差，例如通过移动反射镜或改变其角度，可以产生明显的干涉条纹。
测量这些条纹的间距和路径差，可以求得光速。
二、法拉第法
法拉第法是一种利用电磁学原理测量光速的方法。
当光通过介质时，会产生一个电场和一个磁场。
如果将一个透明的介质放在两个交替的电极之间，当电场变化时，会在介质内产生一个电流。
测量这个电流随时间的变化可以求得光速。
三、哈密顿方法
哈密顿方法是一种利用光在介质中传播速度的变化测量光速的方法。
通过在介质中测量光的折射角度和入射角度，可以求出光在该介质中的折射率。
之后通过多次反射和折射，可以测量光在这个介质中传播的距离。
由于光在介质中的传播速度与介质的折射率有关，因此可以通过这个方法测量光速。
总之，测量光速是一项重要的科学研究和工程技术任务。
各种不
同的测量方法都有其优缺点，需要根据具体情况选择合适的方法进行测量。
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高
级
物
理
实
验
报
告
实验名称：光速测定实验
实验人员：邢赛博 2110405022
周昕 2110405028
武子骞 2110405021
光速测定实验
一、 实验背景：
从16世纪伽利略第一次尝试测量光速以来，各个时期人们都采用最先进的技术来测量光速。
现在，光在一定时间中走过的距离已经成为一切长度测量的单位标准，即“米的长度等于真空中光在1／299792458秒的时间间隔中所传播的距离。
”光速也已直接用于距离测量，在国民经济建设和国防事业上大显身手，光的速度又与天文学密切相关，光速还是物理学中一个重要的基本常数，许多其它常数都与它相关，例如光谱学中的里德堡常数，电子学中真空磁导率与真空电导率之间的关系，普朗克黑体辐公式中的第一辐射常数，第二辐射常数，质子、中子、电子、μ子等基本粒子的质量等常数都与光速c 相关。
正因为如此，巨大的魅力把科学工作者牢牢地吸引到这个课题上来，几十年如一日，兢兢业业地埋头于提高光速测量精度的事业。
二、 实验目的：
1. 掌握用示波器测量光速的原理和方法；
2. 掌握运用相关软件对数据进行处理的方法；
3. 掌握相关传感器的基本知识及用法。
三、 实验仪器：
信号发生器，示波器，小车，光传感器，平面镜，滑轨
四、 实验原理：
1、 单踪示波器法
将示波器的扫描同步方式选择在外触发同步，极性为+或-，“参考”相位信号接至外触发同步输入端，“信号”相位信号接至Y 轴的输入端，调节“触发”电平，使波形稳定；调节Y 轴增益，使有一个适合的波幅：调节“时基”，使在屏上只显示一个完整的波形，并尽可能地展开，如一个波形在x 方向展开为10大格，即10大格代表为3600，每大格为360，可以估读至0.1大格，即3.60。
开始测量时，记住波形某特征点的起始位置，移动棱镜小车，波形移动，移动一大格即表示参考相位与信号相位之间的相位差变化了360。
有些示波器无法将一个完整的波形正好调至10大格，此时可以按下式求得参考相位与信号相位的变化量，参见图1： ∆=r r 0
·360°
2、测量原理：
信号源发射一列光信号，在在空气中行进一段距离后，通过小车上的平面镜进行反射，反射信号被光传感器接收，通过二通道输入示波器，在示波器上产生另一波形。
反射信号的波形和发射信号的波形显然会有一定的相位差，此相位差对应的时间即为光在空气中行进两倍小车移动距离需要的时间。
利用公式：
V=∆S ∆t
即可得到光在空气中传播的速度。
五、实验步骤：
1.打开信号发生器和示波器，把信号发生器的信号频率调至3000Hz后输
入示波器；
2.调整示波器的灵敏度，使信号源产生的信号在示波器上的波形尽可能展
开，并在波形上寻找一特征点，记住位置；
3.调节光路，使通过平面镜反射回来的光斑可以射入光传感器的小孔，此
时示波器将会接收到反射回来的信号，此信号与信号源信号同频率，同
波长，同振幅，但存在相位差；
4.将小车分别向远离信号源的方向分别移动，（移动的距离通过瓷砖的块
数和每块瓷砖的宽度估算）从示波器上读出初始信号和反射信号对应点
之间的格数，并记录；
5.根据示波器上调节的精度和记录的格数，计算信号发生器发出的信号在
出射和反射的整个过程中时间t，而小车移动的距离的两倍即为时间t
内的光程；
6.利用软件绘制S-t图线，并求出图线的斜率。
六、实验数据记录及处理：
1.数据记录：
S/m 2.47.212.016.8
格数/格 1.6 4.88.011.3
t/×10−9s8.02440.056.5 2.
用Data studio软件的数据处理功能对数据进行拟合，得到S与t近似的一次线性图像。
由S-t图线得，图线的斜率为0.286，绝对误差为0.021；
图1 示波器侧相位
查资料有光速：299792458m/s；
相对误差：σ=0.021/0.2998×100%=7.0%
3.实验结果：
经测定，空气中光速为2.86×108±0.21×108m/s，相对误差7.0%。
七、误差分析：
1.由于光速很快，移动有限的距离，产生的光程不可能产生很长的时间差，
用示波器测量这个时间差产生的相位差产生误差对最后的时间影响很
大；
2.在实验室中，我们通过小车移动的距离产生光程。
对小车移动的距离没
有进行精确测定，只通过瓷砖的块数和每块瓷砖的宽度进行粗略的估算，
在这个过程中会产生很大的误差；
3.实验室中各个地方的室温不一样，导致空气密度有差别，从而导致各个
地方光速有差别，从而在测定过程中也产生误差；
4.此外，由于实验者采集数据的原因，而且对同一距离没有进行多次的测
量，会产生一定的误差。
八、实验总结：
在本次实验中，本组测得了比较准确的光速，虽然实验设计本身会产生很大的误差，但最后测得的结果比较合理。
光速测量实验是所有高级物理实验中，较为简单的一个，实验原理简单，主要注意实验过程中误差的控制，探索性不是很强，但在实验中对光路的调节却是一个非常复杂的过程，而且很难调好，这也是光学实验普遍存在上的难点。
通过实验，我们的动手能力，合作能力，设计并搭建实验平台的能力，误差分析能力得到了很好的锻炼，引起了我们做实验的兴趣，为我们以后的学习和工作奠定了很好的基础。