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实验22 光调制法测量光速.doc

实验22  光调制法测量光速.doc
内容要点:
实验22 光调制法测量光速,距离 0.325 微米,而实验是通过测量调制波波长来测量光速,调制波波长并不等于 0.65 微米,而是约0.375.22????????????Dx米。5. 本实验所测定的是 100MHz 调制波的波长和频率,能否把实验装置改成直接发射频率为100MHz 的无线电波并对它的波长和频率进行绝对测量。为什么?绝对测量是什么意思?是不管直接测量还是间接测量都一定能够测量的意思?提示:光的频率高达 1014Hz,目前没有仪器直接测量,但如果已知光波长如( 0.65 微米) ,再应用本实验的测量方法测出光速,便可间接测出光的频率)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?提示:根据测量操作自己分析。 (等间距测量是在距离标尺上设准反射棱镜移动等间距距离刻度值,再从示波器屏幕读出待测波的相移时间;而等相位测量是在示波器屏幕设准待测波移动等间距相移时间刻度值,再从距离标尺(游标尺)读出反射棱镜移动的距离。 )【思考题】1.本实验中,光速测量的误差主要来源于什么物理量的测量误差?为什么?提示: , ,由于实验仪器中,f 时由石英晶???fC22)()()(?ufu??体振荡器产生有很高的稳定度,所以本实验光速测量的误差主要来源于波长测量的误差。2.通过光速测量实验,你认为波长测量的主要误差来源是什么?为提高测量精度需做哪些改进?提示: , ,D i 用游标卡尺测量,φ i 用iiiD2?????22)()()(iiuu????示波器测量,而示波器屏幕上的刻度标尺精度不高,所以认为波长测量的主要误差来源是φ i 的测量。为提高测量精度, φ i 直接用精度较高的相位差计测量。3.如何将光速仪改成测距仪?提示: ,C 为光速(假设已知) ,f 为调制波频率(已知) ,φ i 用iiif???4相位差计或示波器测量。1. 能否对光的频率进行直接(绝对)测量,为什么?绝对测量是什么意思?是不管直接测量还是间接测量都一定能够测量的意思?提示:光的频率高达 1014Hz,目前没有仪器直接测量,但如果已知光波波长(如 0.65微米,光波波长可以用光干涉等方法测量) ,再应用本实验的测量方法测出光速,便可间接测出光的频率)2. 仪器中光源的波长为 0.65 微米,为什么还要测量波长?提示:实验中,我们要测量光源发出的光波的光速,而光源光波频率又太高,没有仪器直接测量,所以实验采用对光源光波幅度调制的方法,通过测量调制波的波长,来测量光速。 (调制波波长并不等于光源波长,调制波频率可直接测量)3. 什么是位相法测定调制波的波长?在本实验中是如何实现的?提示:阅读教材 P.147~P.149 的有关内容整理归纳。 (通过测量调制波传播距离前后两位置处的位相差来间接测量调制波波长的方法就叫做位相法测定调制波的波长。本实验应用“等距离测量法”和“等相位测量法”来实现测量调制波波长) 。4. 红光(本实验用的是红光吗?)的波长为?,在空气中只走 0.325 微米就会产生相位差π 。而我们在实验中却将棱镜小车移动了 0.75 米左右的距离,才能产生相位差 π 。这是为什么? 提示:因为实验测量的是已调制波的波长,并不是光源光波波长。 x??????2,对波长为 0.65 微米的载波(红光)传播中相位改变一个 π 所走过的ti/小 格 ti/ns xi/mm Δ t=ti+7-tiΔ x=xi+7-xi λi/mm ti2/ns2 ti*xi/(ns.mm)0.0 0 50.00 /mm /ns 0 01.0 50 80.06 2500 40032.0 100 117.00 10000 117003.0 150 150.80 22500 226204.0 200 185.60 40000 371205.0 250 223.00 62500 557506.0 30

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