光速测量实验报告(实验总结)参考

光速测量实验报告参考

一、光及光速测量的发展史

（一）古代中国对于光的认识

“景，光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝下光，故景障内也。”——《墨经》(光的直线传播)

“阳艘向日照之.则光聚向内，离镜一二寸，光聚为一点，大如麻寂，着物则火发;阳健面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。” ——《梦溪笔谈》(小孔成像)

（二）西方人对于光的认识

崐神说，要有光，就有了光。——《圣经》

光是由发光体向四面八方射出的一种东西，这种东西碰到障碍物上就立刻被弹开。如果它偶然进入人的眼睛，就叫人感觉到看见使它最后被弹开的那个东西。——毕达哥拉斯

（三）光在近代物理学发展过程中的认识

光的颗粒说（1643-1727）——牛顿

光的波动说（1635-1703）——胡克

光是电磁波（1857-1894）——赫兹

粒子说（1879-1955）——爱因斯坦

二、究竟光是什么？

现代科学的认为：光是一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱）。在科学上的定义，光有时候是指所有的电磁波谱。光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。

三、光速测量的方法

（一）伽利略首先提出了光速的测量，但失败了。（1607）

（二）天文测定光速

1.罗默的卫星蚀法（1676）

2.布莱德雷的光行差法（1728）

点评：由于当时天文仪器并无现在先进，且凭肉眼观察误差较大，所以测得的值都不精确

（三）大地测定光速（以光行过的路程和时间得出速度c=s/t）

1.斐索旋转齿轮法（ 1849）

2.惠更斯旋转镜法（ 1834）

3.迈克尔逊旋转棱镜法（ 1926）

点评：想要得到越精确的值，就要尽量增大s和t，故实际操作繁琐和精确度不大是必然的。

（四）实验室测光速法（c= λƒ）

1.埃森微波谐振腔法（1950）

2.激光法测光速

点评：是目前最普遍也是最准确测量光速的方法，也是本实验的思想方法

拍光法测光速

【学习目标】

1.进一步理解光拍频的概念、掌握光拍频法测量光速的技术，了解声光调制器的应用;

2.体会到光速也是一个有限值，并了解光年是一个空间量;

3.进一步学习光路的调整和熟练示波器的使用。

【实验原理及装置】

(光速测定仪（激光器、光程差台、示波器）钢尺)

【实验步骤】

(1)调节激光器工作电流在5mA左右

(2)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(可通过调节频移器底座上的螺丝完成)使之产生二级以上明显的衍射光斑。

(3)用光阑选取所需的(零级或一级)光束，调节斩光拍附近两个反光镜，使光能按预定要求的光路进行。

(4)移动斩光片，使进程光和远程光都能进入接收器，并在示波器上形成清晰地波形。

(5)接通斩光器电源开关，示波器上将显示相位不同的两列正弦波形。

(6)移动滑动平台，改变两光束的光程差，使两列光拍信号相同，此时的光程差△ λ。

(7)精确测量两光束的光程，求出它们的光程差，从频率计测出超声波的频率。

(8)提高实验精度，防止假相移的产生。

为了提高实验的精度，除准确测量超声波频率和光程差外，还要注意对二束光位相得精确比较。如果实验中调试不当。可能会产生虚假的相移，结果影响实验的精度。

检查是否产生虚假相移的办法是分别遮挡远、近程光，观察两路光束在光敏面上反射的光是否经透镜后都成像于光抽上。

【实验难点及技巧】

难点分析：

(1)调节光路是本实验的最难点。首先要保证近远程光都能准确无误的抵达接收器。这就需要我们耐心细致的对每一个反光镜进行调节。然当近远程光抵达接收器后，示波器的屏幕上并没有显示波形或者显示的波形并不清楚，这时就需要再次调节光路，尤其是第一面和最后一面反光镜。

(2)光程差的测量也是本实验的一个难点。由于装置上的零部件比较密集，而测量工具用的是量程为1米的钢尺，所以很多数据都需要由两根钢尺拼接进行测量。并且，光路的实际反射点的准确测量是产生误差主要原因之一。

实验技巧分析：

(1)调节各个透镜的螺旋时，应该轻缓。因为透镜上螺旋的细小变化对光路的变化都影响很大。

(2)若在调节近程光时，就发现示波器上没有显示波形或者显示的波形并不清楚时，则需观察接收盒所接受的光源是否汇聚于一点，若不是，则需再次调节靠近斩光片附近的反光镜(主要)和调节接受器上的焦距，直至光线汇聚成一点为止。

(3)在进行光路调节时，由于在灯光下操作实验，故光源在反光镜上显示并不清楚，所以可以用加透明塑料片的方法来明确光点的位置。

(4)在用钢尺进行拍光法测量光程差时，分清光的实际距离是关键，因此起始和末端若为了防止损坏仪器，都应该提高相同的距离，且多次测量。

实验误差分析

△数据记录与处理

已知光速：2.998×10⁸ m/s

高频信号发生器输出频率 14.9MHz

△ 误差分析

△(1)由于计算时数值的近似取值而产生的理论误差与方法误差;

△(2)仪器误差，光速测定仪本身存在的仪器误差;

△(3)由于远程光在空气中经过多次反射，能量消耗，且光路调整并非完全精确，致使在示波器上显示的波形图较为模糊，所以在移动滑动平台时不能准确判定两列波的重合位置;

△(4)因为其理论值是在真空环境中所得，而实验室为标准大气压下所测得的值，其速度应小于理论值，但反观测量值却大于理论值，究其原因可能是实验中的人为误差所造成的;

△(5)钢尺的量程只有1米，所以在测量光程差时，两根钢尺在衔接上会有疏忽，造成测量的误差。

△实验心得

拍光法测光速实验的实际意义

利用拍光法测光速，很好的解决了实验室测量光速值的困难。让我们学生了解了其光速同样也是一个有限的值，并可以通过自己动手进行测量。虽然我们并不能够完全掌握其原理部分的推导和技巧，但光拍法测量光速的大致思想是我们值得学习和借鉴的。尤其是在实验的光路调节中，很好的锻炼了我们每个学生的耐心和细心。同时，在光程差的测量中，也锻炼了相互同学之间的协作意识。

光拍法测光速的思想以及延伸

△实验思想的启迪:化烦为易，化整体为部分，使一些看似不可能的事情成为可能。从光拍法测光速这个实验中，令我想到了曹冲称象的故事。由于光速的频率高达10¹⁴，目前的仪器设备无法达到如此高的测量水平。故人们想到了在不破坏其原有频率的情况下，用“拍”的方法使其降到可以测量的水平值。在日常的学习，当我们碰到一些无法用直接或者说现成的方法解决时，应该试图寻找新的途径。在生活中，这种思想的理解和运用尤为显得突出。