光速测量(张小兴).pptVIP

导入 海参每小时移动0.25米 猎豹每小时125公里 McLaren F1每小时368公里 超音速推进号每小时1228公里 地球公转每小时107224公里 光速约为3*10^8m/s 那么快的光速怎么测量 光速测定 [背景] 光速是基本物理常数之一，光速测量始于17世纪。 丹麦大文学家罗默（Romer）通过观察木星卫星蚀，第一个测得了光速，C=215000km／s； 布拉得雷(Bradley)用观察光行差的方法测得了光速，C=303000km／s； 斐索(A．Figeau)刚齿轮法测得光速，C=315300km／s； 1676年 1728年 1849年 迈克尔逊等人改进了旋转镜法，测得光速C=299890±60km／s。 1862年 傅科（J．Foucalt）用旋转镜法测得光速，C=298000±500km／s； 1902年 弗鲁姆（Froome）利用微波干涉法测得光速，C=299792.5±0.1km／s； 1950年 埃森（Essen）最先采用测定微波波长和频率的方法来测量光速，得C=299792.5±lkm／s； 1958年 美国国家标准局和美国国立物理实验室应用激光测定光速，测得光速分别为C=299792.4574±0.0011km／s和C=299792.4590±0.008km／s 。 1973年1974年 这是光速测量中到目前为止的最精确值。 光速测量方法 齿轮法 当齿轮转速由零而逐渐加快时，在E处将看到闪光。 当齿轮每秒转数为ν，齿轮总数为n，一个齿轮到另一个齿轮的间隙所需要的时间为Δt,则： 得到 同时 在斐索实验中，齿轮每秒转数为ν=12.6周/秒，齿轮总数为n=720，距离2l=17.27km,求得 C=315300±500km／s 拍频法 激光束通过声光移频器，获得具有较小频差的两束光，它们迭加则得到光拍。用振幅分光法将光拍进行分光，并使两分光束经过不同路径后在光电探测器上重新迭加，通过光电转换及滤波放大等处理后，在示波器屏上显示两分光束的电信号，根据两分光束的光程差及其电信号的位相差，即可求得光速。 [原理] 1．机械振动的拍 假定两个振动只有相同的振幅，即 它们的合振动为 拍频法测量光速 其角频率为 所描述的振动就称为拍。 称为拍频。 光拍频波的接收可以使用光电检测器。检测器光敏面上由于光照引起光电流，光电流的大小正比于光强(电场强度的平方)，故光电流为 2．光拍频波的接收 取光检测器的响应时间 （ ） 的平均值， 留下常数项和缓变项，即 滤去直流成分 ，检测器将输出频率为 位相与空间位置有关的光拍信号，如图所示。 3．光速的计算 处于不同空间位置的光电检测器在同一时刻可接收到不同位相的光电流输出，这就可以用比较位相的方法测定光速。光拍频波的同位相诸点满足下列关系： 而相邻两同相点之间的距离即为波长，即 只要测出λ和Δf 即可求得光速c. 利用激光通过超声场时的声光相互作用，使激光产生固定的频移。因为声频远小于光频，所以迭加有声频的频移激光与没有频移的激光之间的频差很小。 4．声光相互作用——声光移频器原理 声光相互作用而产生光频移的实质就是多普勒效应。与光相互作用的声波可以是行波或驻波。 声光相互作用的结果使激光束产生对称多级衍射，衍射光的角频率为 如果k=+1级衍射光的角频率为 ，其衍射角 A.采用行波方式的声光移频器的原理如所示. 可以导出衍射角利光频移量，对±1级衍射光而言，则分别有： 利用声波反射，使介质中形成驻波声场，介质的长度为半声波长的整数倍，构成稳定的声场光栅。 当激光入射其上时，也将产生多级衍射光，而且衍射光的强度比行波型的要强得多，衍射光的频移效应也较之复杂。 B.采用驻波方式的声光移频器的原理如图4所示。 第k级的衍射光的第m分量角频率由下式表示 偶数级衍射光（包括零级光）各分量的频率分别为 奇数级衍射光各分量的频率则分别为 各级衍射光各个分量光强度也各不相同，其强度之比可由贝塞尔函数表示，随着k，m值的增大，其强度很快减弱，故实际上产生光拍所用的两种频率的光是取同—衍射级(一般为k=0或±1)中m = 0与 +1(或－1)两分量，其频差为声频的两倍。 本实验中选用驻波型声光移频器。 [仪器与器材] 光路 号外： 欧洲科学家可能发现超光速粒子 白斑病吧 奶奶内 白斑病吧