光拍频法测量光的速度预习实验报告原始数据表

广东第二师范学院实验预习报告1院（系）名称物理系班别姓名专业名称物理教育学号实验课程名称近代物理实验实验项目名称光拍频法测量光的速度【实验目的】1、了解光速测定仪的内部结构。2、学会使用光速测定仪。3、掌握利用示波器，光速测定仪测量光程，时间，计算光速。【实验原理简述】如果光信号的调制频率为ƒ，周期为T，则光信号可以表示为：)2(tfCOSIIIOO（1）如果光接收器和光发射器的距离为ΔS，则光的传播延时为：CSt（2）其中C为光速，在ΔS的距离上产生的相位为：Tttf22（3）被光电检测器接收后变成电信号，该电信号被滤除直流后可表示为：)2cos(tfaU（4）将式（2）代入式（3）可得光速：fSC2（5）如果光的调制频率为非常高，在短的传播距离ΔS内也会有大的相位差广东第二师范学院实验预习报告2,如果光的调制频率ƒ=60.00MHZ，则ΔS=5M时就会使光信号的相位移达到一个周期2，然而高频信号的测量和显示是非常不方便的，普通的数字示波器不能用于高频信号的相位差测量。设在接收端还有一个高频信号ƒ，=59.90MHZ作为参考信号。表示为：)2cos(,,,tfaU（6)将U和U，相乘得到])(2cos[21])(2cos[21)]22cos()22[cos(21)]2cos([)]2cos([,,,,,,,,,,tffaatffaatftftftfaatfatfaUU（7）可见经乘法器后将得到和频ƒ+ƒ=60.00+59.90=119.00MHZ和差频ƒ-ƒ=60.00-59.90=100KHZ的混合信号。将该混合信号通过一个中心频率为100KHZ的带宽为10KHZ的滤波器后，和频信号将被滤除，差频信号将保留。（7）式将变为：)2(111tfCOSaU（8）该信号的频率仅为100KHZ，可以很容易的被低频示波器观测到。（8）中没有被改变，与（4）式相同，与信号ƒ1的传播时间Δt1相关，Δt1可以从示波器上观察到，设ƒ1的周期为T1,则：111122Tttf（9）将（9）式代入（5）式得光速：广东第二师范学院实验预习报告3fTtSC11（10）依上面的条件：sKHZT03.1097.9911，MHZf00.60，测得ΔS，Δt1即可得由（10）式计算出光速。系统方案：（1）光电信号发射系统中有一个振荡频率为60.00MHZ的电信号源，该信号被分为同频同向两路，一路经导线送到乘法器1的输入端；另一路用于调制激光二极管，使其输出的激光微高频调制光，该光经一个三棱镜反射到达光电信号接收系统，发射镜可沿导轨移动从而改变光程。（2）光电信号接收系统内有一个振荡频率为59.90MHZ的电信号源，该信号被分为同频同向两路，接收系统有一个激发信号接收电路，用于将接收到的激光信号变为电信号：这路信号与59.90MHZ信号相乘，又经窄带滤波器滤波得到测量信号。（3）在光电信号接收系统内还有一个电信号接收电路，用于接收光电信号中发送系统中传来的60MHZ电信号。这电信号也与59.90MHZ信号相乘，也经窄带滤波器滤波得到参考信号。（4）测量信号和参考信号分别输入双踪示波器的二输入端，利用数字示波器测量信号的时间差。【实验中注意事项】1、要将示波器通道1设置为触发信号，且过零触发。广东第二师范学院实验预习报告42、调节间距时缓慢移动盒子。【实验问题】1、为什么计算光速的时候要将间距乘以2？2、本实验中，光速测量的误差主要来源于哪里？广东第二师范学院实验原始数据记录表院（系）名称物理系班别姓名专业名称物理教育学号实验课程名称近代物理实验实验项目名称实验时间20年月日9:45时至时实验地点物理楼五楼实验指导老师签名广东第二师范学院实验预习报告5原始记录(数据、图表、文字描述等)1、测量频率123测量信号频率（KZH)99.9799.9799.97参考信号频率（KHZ）100100100sKZHT03.1097.99112、测量一定间距的时间差123间距（cm）13.4938.6563.9时间差（µs）1.001.001.0000.13)00.100.100.11t3、计算光速smfTtSC/10025.310601003.101015041.0866611误差为%83.0%10033025.3院（系）名称物理系班别姓名专业名称物理教育学号实验课程名称近代物理实验实验项目名称光拍频法测量光的速度实验时间20年月日实验地点物理楼五楼实验成绩指导老师签名广东第二师范学院实验预习报告6【实验目的】1、了解光速测定仪的内部结构。2、学会使用光速测定仪。3、掌握利用示波器，光速测定仪测量光程，时间，计算光速。、【实验使用仪器与材料】光速测定仪、示波器【实验步骤】1、连接实验线路。参考信号输出接示波器通道1，测量信号输出接示波器通道2。2、设置示波器。通道1为触发信号，过零触发。3、调节光路。棱镜全程滑动时，反射光完全射入接收头，从示波器上观察测量信号全程幅度变化小于0.5V。一般情况调节棱镜仰角便可将光路调节合适，某些情况下还要调节发射接收头的盒子（其位置受强力撞击而变化）。4、用示波器测量一定距离的时间差，计算光速。5、建议用频率计测量参考信号和测量信号的频率，因为晶振是有误差的，得到的100K信号往往有金1%的误差，这样的话用实测频率就会减小测量误差。【实验数据整理与归纳】1、测量频率123广东第二师范学院实验预习报告7测量信号频率（KZH)99.9799.9799.97参考信号频率（KHZ）100100100sKZHT03.1097.99112、测量一定间距的时间差123间距（cm）13.4938.6563.9时间差（µs）1.001.001.0000.13)00.100.100.11t4、计算光速smfTtSC/10025.310601003.101015041.0866611误差为%83.0%10033025.30.83%1.00%，在误差允许的范围内，实验数据有效。【实验心得】1、做实验前必须做好充分的预习，像示波器的使用一定要时刻记住，很多实验都是要用到示波器的。2、了解了光速测定仪的内部结构。3、学会了去和使用光速测定仪。4、掌握利用示波器，光速测定仪测量光程，时间，以及计算光速的方法。5、实验出现的误差可能是来自间距的测量。广东第二师范学院实验预习报告8【实验问题回答】1、为什么计算光速的时候要将间距乘以2？答：因为光线要走一个来回才。2、本实验中，光速测量的误差主要来源于哪里？答：主要来自间距测量的误差，因为频率可以很稳定。