光速测定-大物实验

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1、光速测量实验介绍...光学部分浙大物理实验教学中心编制VELOCITYOFLIGHT:简介...光速是物理学中一个具有代表性的基本常数。许多物理概念和物理量都与它有密切的联系。光速值的精确测量将关系到许多物理量值精确度的提高，所以长期以来对光速的测量一直是物理学家十分重视的课题。无论是哪一个时代，几乎都动员了最先进的科学技术对光速进行测量。尤其近几十年来天文测量、地球物理、空间技术的发展以及计量工作的需要，使得光速的精确测量已变得越来越重要。光的偏转和调制，则为光速测量开辟了新的前景，并已成为当代光通信和光计算机技术的中心课题。VELOCIT

2、YOFLIGHT:简介...VELOCITYOFLIGHT:简介...光速的测定在光学的发展史上具有非常特殊而重要的意义。它不仅推动了光学实验，也打破了光速无限的传统观念；在物理学理论研究的发展里程中，它不仅为粒子说和波动说的争论提供了判定的依据，而且最终推动了爱因斯坦相对论理论的发展。在光速的问题上物理学界曾经产生过争执，开普勒和笛卡尔都认为光的传播不需要时间，是在瞬时进行的。但伽利略认为光速虽然传播得很快，但却是可以测定的。1607年，伽利略进行了最早的测量光速的实验。1849年，法国人菲索第一次在地面上设计实验装置来测定光速。他的

3、方法原理与伽利略的相类似。他将一个点光源放在透镜的焦点处，在透镜与光源之间放一个齿轮，在透镜的另一测较远处依次放置另一个透镜和一个平面镜，平面镜位于第二个透镜的焦点处。点光源发出的光经过齿轮和透镜后变成平行光，平行光经过第二个透镜后又在平面镜上聚于一点，在平面镜上反射后按原路返回。由于齿轮有齿隙和齿，当光通过齿隙时观察者就可以看到返回的光，当光恰好遇到齿时就会被遮住。从开始到返回的光第一次消失的时间就是光往返一次所用的时间，根据齿轮的转速，这个时间不难求出。通过这种方法，菲索测得的光速是315000千米/秒。由于齿轮有一定的宽度，用这种方法很

4、难精确的测出光速。VELOCITYOFLIGHT:简介...1928年，卡娄拉斯和米太斯塔德首先提出利用克尔盒法来测定光速。1951年，贝奇斯传德用这种方法测出的光速是299793千米/秒。光波是电磁波谱中的一小部分，当代人们对电磁波谱中的每一种电磁波都进行了精密的测量。1950年，艾森提出了用空腔共振法来测量光速。这种方法的原理是，微波通过空腔时当它的频率为某一值时发生共振。根据空腔的长度可以求出共振腔的波长，在把共振腔的波长换算成光在真空中的波长，由波长和频率可计算出光速。当代计算出的最精确的光速都是通过波长和频率求得的。1958年

5、，弗鲁姆求出光速的精确值：299792.5±0.1千米/秒。1972年，埃文森测得了目前真空中光速的最佳数值：299792457.4±0.1米/秒。VELOCITYOFLIGHT:实验概要...测本掌光光了声量实握解光验光速拍声光拍是拍光的用测法法频频波声测量测移移长光量法和频光量获法频移速得率法的光光来获原拍确得理速的定光和方光拍实法速，验。。通方过法。VELOCITYOFLIGHT:基本原理...GY—Ⅲ型光速测定仪原理示意图VELOCITYOFLIGHT:基本原理...GY—Ⅲ型光速测定仪原理示意图VELOCITYOFLIGHT:基本原

6、理...光拍的形成及其特征：根据振动迭加原理，两列速度相同、振面相同、频差较小而同向传播的简谐波的叠加即形成拍。设有两列振幅E相同（为了讨论问题方便）、频率分别为f1和f2（频差△f=f1－f2较小）的二光束：EEcos(tkx)1111EEcos(tkx)2222式中，k112/k222/为波数，1和2分别为两列波在坐标原点的初位相。VELOCITYOFLIGHT:基本原理...光拍的形成及其特征：若这两列光波的偏振方向相同，这二列波叠加后得：xx12121212EEE2

7、cos[E(t)]cos[(t)]s122cc222VELOCITYOFLIGHT:基本原理...光拍信号的检测：用光电检测器（如光电倍增管等）接收光拍频波，可把光拍信号变为电信号。因为光电检测器光敏面上光照反应所产生的光电流与光强（即电场强度的平方）成正比，即2igE0sg为接收器的光电转换常数。VELOCITYOFLIGHT:基本原理...光拍信号的检测：14光波的频率：f10Hz08光电接收管的光敏面响应频率一般≤10Hz因此检测器所产生的光电流都只能是在响应时间τ（1/ff1/）内的平均值。001i0

8、idt02xgE{1cos[(t)]}cVELOCITYOFLIGHT:基本原理...光拍信号的检测：结果中高频项为零，只留下常数项和缓变项