相位法测光速.doc

相位法测光速（楚雄师范学院物理与电子科学系 08级物理2班 袁丽花）摘要：通过对本实验的测量，熟练掌握用光速测定仪测量光速的实验方法，了解相位法测量光速的频率和波长，从而确定光速的实验原理。关键词: 光速测定仪 频率 波长 光速 Act fast phase metering(Chuxiong Normal University Department of Physics and Electronics Physics 2 class08 Yuan Lihua)Abstract: By measuring the speed of light, master meter measuring the speed of light with the light of experimental methods to understand the phase measurement of the frequency and wavelength of light to determine the speed of light of the experimental principle.Keywords: speed of light, the wavelength of light frequency analyzer1. 引言 对作为最基本的物理量之一的光速进行精确测定，能证实光的电磁本性，而且光速的测定问题还与物理学、天文学以及许多技术科学有密切联系。目前对光速的测量已达到非常高的精度，致使国际计量局“米”定义委员会已建议将光速的不变值作为定义长度的一个基准。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。1975年第十五届国际计量大会确认的光速值c=299792458/s。实验室中测量光速一般有光脉冲测量法、相位法、驻波法和光的频率、波长直接测量法等2.99792(m/s)。本实验介绍相位法。2实验仪器及原理:2.1实验仪器：光速测量仪（LM2000A） 示波器(YB4320)2.1实验原理: 采用频率为f的正弦型调制波，调制波长为0.65m 的载波的强度，调制波在传播过程中其位相是以2为周期变化的。表达式为： I=I1+mcos2f（t-x/t） (1)式中m为调制度，cos2f（t-x/t）表示光在测线上转播的过程中，其强度的变化犹如一个频率为f的正弦波以光速c沿x方向转播。设侧线上A和B两点的位置坐标分别为x和x，当这两点之间的距离为调制波波长的整数倍时，该两点间的相位差为： （2）式中n为整数。反过来，如果我们能在光的传播路径中找到调制度的等相位点，并准确测量它们之间的距离，那么这距离一定是波长的整数倍。设由A点出发的调制波，经时间t后转播到点, A之间的距离为2D。则点相对于A点的相移为=wt=2ft,如附图9-1（a）所示。然而我们不可能用一台测相系统对A间的这个相移量进行直接测量。解决这个问题的较好方法是在A的中间B设置一个反射器，由A点发出的调制波经反射器反射返回A点，如附图9-1（b）所示，光线由A所走过的光程为2D，而且在A点反射波的位相落后=wt。如果以入射波作为参考信号（或作为基准信号），将它与反射波（以下被称为被测信号）分别输入到位相计的两个输入端，由位相计读出基准信号和被测信号之间的位相差。反射镜相对于B点的而为之前后移动半个波长，位相差的数值改变2.因此只要前后移动移动反射镜，就可确定在位相计中读数相同的两点间的距离即为半个波长。图9-1位相法测波长原理图 由数字式频率计可精确地测定调制波的频率，由此可以获得光速: C= （3）本实验所用光速测量仪（LM2000A）调制波的调制频率为100MHZ。3.实验内容及步骤：（1）接通光速测量仪、示波器的电源预热30min，使其电路工作稳定。（2）调整光速测量仪的光路。用小纸片挡在接收物镜管前，观察光斑位置是否居中。调节棱镜小车上的把手，使光斑尽可能居中，将小车移至最远端，观察光斑位置有无变化，并作相应调整，达到小车前后移动时，光斑位置变化最小。（3）电路连接。将“基准”相位信号接至CH1（X）通道输入端，将“测相”相位信号接至CH2（Y）通道输入端,调节Y轴输入“增益”档，调节“时基”档，在屏幕上显示一个完整的大小适合的波形。（4）测量光速在示波器上或相位计上若干个整读数的相位点，如：等；在导轨上任取一点为x，并在示波器上找出信号相位波形上一特征点作为相位差0位，移动棱镜至某个整相位数时停，迅速读取此时的距离值作为x,由此可得相移量对应的移动距离D值。同样的方法，依次读取相移量对应的移动距离D值，由=（2计算出波长，从而可计算出光速值C。4.数据处理:f=100MHZ次数x/cmx/cmD=x-x/cm=（2C/(m/s)1/25012.6037.40299.202.9920*10212.5337.47299.762.9976*10312.4837.52300.163.0016*10412.1737.83302.643.0264*10512.8537.15297.202.9720*10=（）/5=（2.9920*10+2.9976*10+3.0016*10+3.0264*10+2.9720*10）/5=2.997