實驗預習部分PAGEPAGE3成績評定教師簽名嘉應學院物理系普通物理實驗學生實驗報告實驗項目：光拍頻法測量光的速度實驗地點：工A303班級：071班姓名：陳建生座號：55號實驗時間：2010年3月31日一、實驗目的：1.了解聲光效應的應用。2.掌握光拍法測量光速的原理與方法。二、實驗儀器和用具：GSY─IV型光速測定儀，XJ17型通用示波器，E324型數字頻率計等。三、實驗原理：光拍的形成根據振動振動迭加原理，兩列速度相同，振面和傳播方向相同，頻差又較小的簡諧波迭加形成拍。假設有兩列振幅相同（只是為了簡化討論），角頻率分別為和的簡諧波沿方向傳播。式中、稱為波數，和為初位相，這兩列簡諧波迭加后得=式中可見，E是以角頻率為，振幅為的前進波。注意到其振幅是以角頻率隨時間作周期性緩慢變化，所以稱E為拍頻波。光拍信號的位相與空間位置有關。處在不同空間位置的光電檢測器，在同一時刻有不同位相的光電流輸出。假設空間兩點A、B(見圖4—5)的光程差為，對應的光拍信號的位相差，即(4—14)光拍信號的同位相諸點的位相差滿足下列關系(4—15)則式中，當取相鄰兩同位相點，恰好是同位相點的光程差，即光拍頻波的波長。從而有或(4—16)因此，實驗中只要測出光拍波的波長（光程差）和拍頻（，為超聲波頻率），根據（4-16）式可求得光速c值。四、實驗步驟：本實驗利用聲光調調制測量He─Ne激光(=632.8nm)在空氣中的傳播速度c。并求測量標準偏差。與公認值比較，求百分誤差。1、實驗裝置的調試按圖5-36-4（b）聯接好所用儀器的線路，高頻信號源的信號輸出端接頻率計FA，打開頻率計開關，頻率旋鈕置于100Hz，掃頻時間置于0.01s，打開高頻（超聲波）信號源，分頻器y軸輸出端接示波器的y軸輸入端，x軸輸出端接示器x外觸發(或EXT)。接通激光光源的開關，調節工作電流至4~5mA(或小于4mA)，以最大激光光強輸出為準，預熱15分鐘，使激光輸出穩定，并調節激光束與裝置導軌平行。打開示波器電源開關，y軸增幅旋至2V/diV，x軸掃描時間旋至0.5μs/diV，示波器右下四個旋鈕分別置于：自動、+、內、AC。①②(a)同相①②(b)有位相差①②(a)同相①②(b)有位相差圖5-36-5調節光闌，用光闌選取所需的（零級或一級）光束，調節M0、M1方位，使①②路光都能按預定要求的光路進行。按圖5-36-4（a）中的光路，調節各全反射鏡、半反射鏡調節架，使二光束均垂直入射到接收頭窗口，并注意使全反射鏡和半反射鏡處于同一高度，以保證光速通過多次反射后仍處于同一水平面上。依次用斬光器分別擋住②路或①路光束，調節①路或②路光束使經其各自光路后分別射入光敏接收器，調節光敏接收器方位，使示波器熒光屏上能分別顯示出它們清晰正弦波，正弦波有位相變化。調節出射光束與光探測器光敏面的相對位置，使得兩束光產生的正弦波形幅度相等。當兩束程差為拍頻波的波長時，兩波形完全重合，如圖5-36-5（a）所示，否則有位相差；見圖5-36-5(b)所示。前后移動滑動平板，調節兩路光的光程差，使示波器上兩正弦波形完全重合（位相差為），此時兩路的光程差即為拍頻波長。2、測量拍頻的波長。用米尺測量兩光束的光程差，拍頻，其中F為超聲波頻率，由數字頻率計讀出。精確測定功率信號源的頻率F，反復進行多次，并記錄測量數據，根據公式：計算He-Ne激光在空氣中的傳播速度c，并計算標準偏差，并將實驗值與公認值相比較進行誤差分析。[實驗注意事項]⒈聲光頻移器引線等不得隨意拆卸。⒉切忌用手或其它物體接觸光學元件的光學面，實驗結束蓋上防護罩。⒊切勿帶電觸摸激光管電極等高壓部位，以保證人身安全、儀器安全。⒋提高實驗精度，防止假相移的產生。①L①LP1P2②圖5-36-6虛假相移產生示意圖如圖4-6所示的近程光①沿透鏡L的光軸入射并會聚于P1點，遠程光②偏離L的光軸入射并會聚于P2點，由于光敏面P1點與P2點的靈敏度和光電子渡越時間不同，使兩束光產生虛假相移。圖5-36-6虛假相移產生示意圖檢查是否產生虛假相移的辦法是分別遮擋遠、近程光，觀察兩路光束在光敏面上反射的光是否經透鏡后都成像于光軸上。五、實驗數據記錄：實驗數據處理六、實驗數據處理：實驗總結部分七、實驗結論與分析及思考題解答1、對實驗進行總結及誤差分析：答：⑴通過實驗，掌握了用光拍頻法測量光速的方法；⑵了解了光拍的含義，知道了光拍的形成；⑶當兩列疊加的波頻率相差較大時，形成的光拍不好，使實驗不精確而造成實驗誤差。2、思考題解答：⑴光拍是怎樣形成的？它有什么特點？答：根據振動疊加原理，兩列速度相同，頻差較小而同向傳播的簡諧波的疊加即形成拍。設兩列振幅E相同，頻率分別為f1和f2（頻差△f=f1-f2很小）的兩列光波