实验22光速测量

151 实验2 2 光速测量 从17 世纪70 年代伽利略第一次尝试测量光速以来，各个时期人们都采用当时最先进的技术来测量光速。1983 年，国际计量局召开第七次米定义咨询委员会和第八次单位咨询委员会决定，以光在真空中1/299792458 秒的时间内所传播的距离为长度单位米（m）。这样光速的精确值被定义为c=299,792,458m/s。 光在真空中的传播速度是一个极其重要的基本物理常量，许多物理概念和物理量都与它有密切的联系。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，普朗克黑体辐射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，许多科学工作者致力于提高光速测量精度的研究。 【实验目的】 1.了解和掌握光调制的基本原理和技术。 2.学习使用示波器测量同频正弦信号相位差的方法。 3.测量光在空气中的速度。 【预备问题】 1.光波的波长、频率及速度是如何定义的？ 2.能否对光的频率进行绝对测量，为什么？ 3.等相位测量波长法与等距离测波长法，哪一种方法有较高的测量精度？ 【实验仪器】 光速测量仪，双踪示波器。 【实验原理】 1 ．利用波长和频率测速度 按照物理学定义，任何波的波长λ 是一个周期内波传播的距离。波的频率f是1 秒种内发生了多少次周期振动，用波长乘以频率得 1 秒钟内波传播的距离即波速: fc  （22-1） 利用这种方法，很容易测得声波的传播速度。但直接用来测量光波的传播速度还存在很多技术上的困难，主要是光的频率高达 1014Hz，目前的光电接收器中无法响应频率如此高的光强变化，迄今仅能响应频率在108Hz 左右的光强变化并产生相应的光电流。 152 2 ．用调制波波长和频率测速度 如果直接测量河中水流的速度有困难，可以采用如下方法：周期性地向河中投放小木块(得到 f )，再设法测量出相邻两小木块间的距离（得到λ），则依据公式（22-1）即可算出水流的速度来。 周期性地向河中投放小木块，目的是在水流上作一个标记。我们也可以在光波上作一些特殊标记，称作“调制”。调制波的频率可以比光波的频率低很多，就可以用常规器件来接收。与木块的移动速度就是水流流动的速度一样，调制波的传播速度就是光波传播的速度。调制波的频率可以用频率计精确的测定，所以测量光速就转化为如何测量调制波的波长，然后利用公式（22-1）即可算得光传播的速度了。 3 ．相位法测定调制波的波长...