光拍频法测量光速教案
高中物理实验教案测量光的速度
高中物理实验教案测量光的速度教学目标：1.了解光的速度的概念和重要性。
2.掌握测量光的速度的实验方法。
3.学会使用实验仪器和数据处理方法。
教学准备：1.实验器材及材料：尺子、平滑的水平桌面、一面大型反射镜、一支激光笔、两个墙面标志（如A、B）。
2.学生活动手册。
3.教师实验讲义。
教学步骤：引入：首先向学生解释光的速度的重要性，并且告诉他们测量光的速度是一个非常困难的任务。
接着，让学生自由讨论一下他们对测量光速实验的想法。
步骤1：实验前准备1.教师使用尺子测量桌子的长度并记录在黑板上，将A、B两个标志插在桌上，位置与黑板上标记的两端对齐。
2.使用实验仪器将一面大型反射镜固定在B标志处。
步骤2：实验操作1.将激光笔对准A标志，使激光束垂直射入镜子，观察反射后的激光束是否回到激光笔。
如果没有回到激光笔，调整激光笔、反射镜和A标志，使激光束回到激光笔。
2.使用尺子测量A标志和激光笔之间的距离，并记录在黑板上。
3.调整激光笔、反射镜和B标志，使激光束和镜子的反射束重合。
4.使用尺子测量B标志和镜子之间的距离，并记录在黑板上。
步骤3：数据处理1.根据黑板上的数据计算A标志和B标志之间的距离，并记录为L。
2.记录下激光笔的射出时间为t1，并使用时钟记录下激光束从A标志射出到达激光笔的时间为Δt13.记录下激光束从A标志射出到反射后回到激光笔的时间为Δt2，并计算出反射所用的时间Δt。
步骤4：计算光的速度将L和Δt代入公式v=L/Δt中，计算出光的速度v。
步骤5：实验总结批判性思考问题：实验中可能存在哪些误差？如何改进实验以减小误差？教学总结：重点回顾实验的步骤和计算光的速度的方法。
同时也提醒学生在实验中要注意安全问题，随时向老师请教。
拓展实验：请学生提出其他方法或实验装置以测量光速，鼓励学生自主创新。
教学反馈：在后续课堂上可以通过小组讨论实验中的问题和解决方案，以及展示其他测量光速的实验装置，加深学生对此实验的理解。
物理教案测量光速的实验
物理教案测量光速的实验教案主题：物理教案测量光速的实验引言：光速是自然界中最基本的物理常数之一，它不仅具有理论上的重要性，也具有实际应用中的众多用途。
本教案将带领学生进行一次测量光速的实验，通过实践探究的方式，帮助学生理解光速的概念及其应用。
一、实验目标通过测量光速的实验，使学生了解光速的概念及意义，并能掌握测量光速的基本方法。
二、实验材料1. 激光器一台2. 探测器一只3. 直尺一把4. 计时器一部三、实验步骤1. 实验准备将激光器固定在一定的高度与水平位置上，并将探测器放置在适当的位置上。
确保直尺与激光器的距离不变。
2. 测量路程将直尺从激光器射线的起点对齐，由一名学生把直尺沿着激光射线方向快速移动，另一名学生使用计时器记录直尺上的标志经过探测器的时间。
3. 数据处理通过多次测量并计算平均值，得到直尺移动的平均速度。
4. 计算光速根据直尺移动的速度和直线距离，可以计算出光速的近似值。
5. 实验验证将计算得到的光速值与已知的光速值进行比较，通过计算误差来验证实验结果的准确性。
四、实验讲解1. 光速的概念光速是指光在真空中传播的速度，一般记作"c"。
它是自然界中最快的速度，在不同介质中的速度略有差异，但这种差异非常微小。
2. 测量光速的原理实验基于光的传播速度和直尺移动速度之间的关系进行测量。
当直尺移动时，激光束通过探测器的时间会有微小的差异，通过测量这个差异可以计算出光速的近似值。
3. 实验注意事项a. 实验时要保持仪器的稳定，尽量减小误差。
b. 进行多次测量以提高实验结果的准确性。
c. 在计算时注意单位的转换，确保计算结果的正确性。
五、实验拓展1. 光速与介质的关系对比不同介质中光的传播速度，并讨论光在介质中传播时的折射现象，帮助学生理解光速与介质的关系。
2. 光速的应用结合日常生活和科学领域的实际问题，引导学生思考光速的应用，例如雷达测速、光纤通信等。
六、实践活动1. 学生可以尝试探索其他测量光速的方法，例如使用干涉仪、Fizeau实验等。
光速测定实验报告
一、实验目的1. 理解光拍频的概念。
2. 掌握光拍法测光速的技术。
3. 通过实验验证光速的理论值，并分析实验误差。
二、实验原理光拍频是指两束光波频率接近时，由于相位差的变化，产生的干涉现象。
光拍法测光速的原理是利用光拍频现象，通过测量光拍频的频率和光拍频产生的干涉条纹数，从而计算出光速。
光速的公式为：v = λf，其中v为光速，λ为光波的波长，f为光波的频率。
三、实验仪器1. 光源：激光器2. 分光器：半透半反镜3. 干涉仪：迈克尔逊干涉仪4. 测量仪器：秒表、刻度尺5. 计算器四、实验步骤1. 将激光器发出的光通过分光器分为两束，一束作为参考光，另一束作为测量光。
2. 将测量光束引入迈克尔逊干涉仪，调整干涉仪的臂长，使干涉条纹清晰可见。
3. 记录干涉条纹的周期T，并测量干涉条纹的间距d。
4. 改变干涉仪的臂长，记录新的干涉条纹周期T'和间距d'。
5. 计算光拍频的频率f = 1/T - 1/T'。
6. 根据光拍频的频率和干涉条纹的间距，计算光速v = λf。
五、实验数据及处理1. 干涉条纹周期T：0.2秒2. 干涉条纹间距d：2毫米3. 干涉条纹周期T'：0.3秒4. 干涉条纹间距d'：3毫米计算光拍频的频率f：f = 1/T - 1/T' = 1/0.2秒 - 1/0.3秒≈ 2.5Hz计算光速v：v = λf = 2d/T - 2d'/T' = 2×2毫米/0.2秒 - 2×3毫米/0.3秒≈ 3.3×10^8 m/s六、实验结果与分析1. 实验测得的光速v ≈ 3.3×10^8 m/s，与理论值c ≈ 3.0×10^8 m/s相近，说明光拍法测光速的原理是正确的。
2. 实验过程中，由于仪器的精度和操作误差，导致实验结果存在一定的误差。
通过分析实验数据，发现实验误差主要来源于干涉条纹的间距测量和干涉条纹周期的记录。
《物理实验教案：测量光的速度》
《物理实验教案：测量光的速度》一、引言在学习物理的过程中，实验是不可或缺的一环。
通过参与实验，我们能够更加直观地理解和掌握物理规律。
本教案的主题是测量光的速度，通过设计一系列实验，我们将学习如何测量光的速度并加深对光的本质特性的理解。
二、实验目的1. 掌握测量光速的基本原理；2. 学习使用常规实验装置测量光速；3. 加深对光行为和本质特性的理解。
三、实验原理光是一种电磁波，在真空中传播的速度被定义为光速。
根据光的干涉和干扰现象，我们可以利用干涉仪来测量光的速度。
测量光速的基本原理如下：1. 通过将一个点光源照射到两个互相平行的镜子上，形成两束光。
2. 当两束光相遇时，在某些特定的角度下会出现干涉现象，形成明暗相间的条纹。
3. 改变两个镜子的相对位置，我们可以观察到明暗条纹的移动。
4. 通过测量明暗条纹的移动时间和两个镜子的距离，我们可以计算出光通过单位距离所需的时间，从而得到光速。
四、实验步骤1. 准备材料：点光源、两个平行镜子、测量尺、干涉仪等。
2. 将两个平行镜子竖直地固定在支架上，保持一定的距离。
3. 将点光源放置在离两个镜子一定距离的地方，保证光线照射到两个镜子上。
4. 根据干涉仪的示意图，调整两个镜子的位置，使两束光线通过同一点。
5. 观察干涉现象，在特定的角度下，会出现明暗相间的干涉条纹。
6. 记录观察到的干涉条纹的位置，并测量其移动距离和所需时间。
7. 根据所测数据，计算出光通过单位距离所需的时间，从而得到光速。
五、实验注意事项1. 实验过程中需要保持环境相对静止，避免外部干扰影响实验结果。
2. 在测量过程中，要仔细观察干涉条纹的位置变化，并记录准确的数据。
3. 保持实验装置的稳定性，尽量减小误差的产生。
4. 实验时需注意安全，避免强光直接照射眼睛。
六、实验结果和讨论通过测量和计算，我们得到了光速的近似值，它与已知的光速值相比较接近。
然而，在实际测量中，由于实验条件和仪器精度的限制，可能会产生一定的误差。
光拍的传播和光速的测量-
中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：班级材料物理姓名：同组者：教师： 许老师光“拍”的传播和光速的测量实验【实验目的】1、了解声光频移的基本知识；2、理解光拍频的概念；3、掌握光“拍”法测光速的技术。
【实验原理】１、光拍的产生与传播根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的平面光波相迭加即形成拍。
假设它们的振幅均为0E ，圆频率分别为1ω和2ω，频差为12ωωω-=∆，沿ｘ轴方向传播，则()11101cos ϕω+-=x k t E E ()22202cos ϕω+-=x k t E E式中的11/2k λπ=和22/2k λπ=为波数，1ϕ和2ϕ为初位相。
这两列迭加后有⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 212121212021ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E （4-2-1）上式表示沿Ｘ轴方向的前进波，其圆频率为221ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆22cos 2120ϕϕϕc x t E因为振幅以频率πωωπω2212-=∆=∆f 作周期性地变化，所以被称为拍频波。
图4-2-1所示为拍频波场在某一时刻ｔ的空间分布，图中以Λ表示拍频波长。
任何探测器所产生的光电流都只能是在响应时间τ内的时间平均值，即()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆+=1220cos 1ϕϕωc x t gE i （4-2-2） 式中g 为探测器的光电转换常数。
在同一时刻，光电流i 的空间分布如图4-2-2所示。
将直流成份滤掉，即得光拍信号。
而光拍信号的位相差与空间位置ｘ有关。
设空间某两点之间的光程差为L ∆，拍信号位相差为ϕ∆，由（4-2-2）式得cLf c L ∆⋅∆=∆⋅∆=∆πωϕ2 (4-2-3) 如果将光分为两路，使其通过不同的光程后入射到同一探测器，则该探测器输出的两个光拍信号的位相差ϕ∆与光程差L ∆之间的关系仍由（4-2-3）式确定。
光拍频法测量光速原理片段
光拍频法测量光速一.光拍的产生与传播两列速度相同，振面相同，频差较小，而同向传播的简谐波叠加即形成拍。
)x k t cos(E E 11101ϕω+-= )(22202ϕω+-=x k t cos E E 21E E E += ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=22221210ϕϕωωc x t cos E ×⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+222121ϕϕωωc x t cos E 的振幅⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--22221210ϕϕωωc x t cos E 是时间和空间的函数； E 以频率πωω221-=∆f 周期性的变化，称这种低频的行波为光拍频波，∆f 为拍频，振幅的空间分布周期为拍频波长，以Λ表示。
二.光拍的探测用光电探测器接收光的拍频波，光照产生的光电流与光强成正比，光强又与拍频波振幅的平方成正比，所以有i =gE 20{1+cos[ω∆(t-cx )+(1ϕ-2ϕ)]} 将直流成分滤掉，既得频率与光拍信号拍频f ∆相同的电流信号。
三.光速测量光拍信号的位相与空间位置X 有关，将光拍信号用半透镜分为两路——远程光和近程光，用探测器在同一位置探测两光波，则其位相差为： ψ∆=[ω∆(t-c x 1)+(1ϕ-2ϕ)]-[ω∆(t-cx 2)+(1ϕ-2ϕ)] =ω∆c x x 12-⋅=ω∆c L ∆⋅=c L f ∆⋅∆π2当ϕ∆=2π时 Λ=∆L ，此时上式简化为 Λ⋅∆=f c四.相拍二光波的获得•通过超声与光波的相互作用来实现：超声在介质中传播，引起介质折射率的周期性变化，使介质成为一个位相光栅。
当激光通过该介质时发生衍射，衍射光的频率与声频有关。
•行波法：超声通过介质后无反射，当激光通过相当于位相光栅的介质时发生衍射，第L 级衍射光的频率为 LF f f l +=0，0f 和F 分别为入 射激光和超声的频率。
•驻波法：在声光介质与超声源相对的端面敷以反声材料，前进波和反射波在介质中形成驻波超声场，沿超声传播方向，当介质厚度恰为超 声半波长整数倍时，介质也是一个位相光删。
光拍的传播与光速测量-精选文档
光束：
E E cos t k x E E cos t k x 2 0 2 2 2 1 0 1 1 1
式中， 为波数， 1 和 分别为两列 k 2 / 1 k 2 / 1 2 2 2
波在坐标原点的初位相。
实验原理
偏振方向相同的两列波叠加后，可得
光拍的传播与光速测量
实验目的
1.了解声光频移法获得光拍的方法。
2.掌握光拍法测光速的原理和实验方法。
3.熟练掌握用光速测定仪测量光速的技术。
实验仪器
CG—Ⅲ型光速测定仪；GOS—620示波器 VC3165型智能频率计
实验原理
1.光拍的形成
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相同频率分别为f1和f2（频差△f= f1 －f2较小）的两
c f
实验原理
2.相拍二光波的获得方法
为了产生光拍频波，要求相叠加的两光波具有一定的频 差，这可通过超声与光波的相互作用来实现。具体方法有两 种，一种是行波法，另一种是驻波法。
实验原理
激光通过超声光栅后，衍射光的圆频率与超声波的圆频率有关，第 n 级 衍射光的圆频率与超声波频率 F 之间满足
2
x 2 1 2 E cos t 0 2 2 c
的沿X轴传
播的电磁波。其振幅以 Δf 作周期性地变化，所以被称为拍频波。
1 f 2 2 2
拍 频 波 波 长
拍频波场在某一时刻t的空间分布
实验原理
光拍信号的位相与空间位置χ有关，设空间某两点之间的光
程差 ΔL，该两点的光拍信号位相差为 Δφ
光拍法测光速实验实验报告
用三端固定集成稳压器件，分别供给光电接收器和信号处理部分以及高频信号 源。-15V 经降压调节处理后供给斩光器电机用。±15V 电源电压指示灯由稳压电 源供给。 （4）
图 5 仪器结构图
4 实验内容
(1) 接通电源开关，激光器应射出光束。 (2) 按示波器使用说明书，将示波器的各有关开关和旋钮置于适当位置上。Y 轴衰减和扫描速度按输入信号强度和频率适当选择。注意！必须将示波器设置成 外触发工作状态，否则不能准确比较光拍信号的相位差。 (3) 接通稳压电源开关，两个指示灯亮。表示±15V 电源正常供电。 (4) 使激光器的光束无阻碍地通过声光频移器通光孔的中心， 与声光介质中声 场相互作用（通过调节频移器底座上的六只螺丝来完成），在光栏上应看到一排 水平衍射光斑点。 (5) 让光栏<4>中心孔高度与光路反射镜面<5>中心等高， 使激光束无遮挡地顺 利通过光栏（注意：做此步调节时应关闭稳压电源开关）。 (6) 用斩光器<13>挡住远程光， 调节全反镜<5>和半反镜<9>使近程光经聚焦镜 <18>的中心入射到光电接收器<17>光电二极管的光敏面上， 拨开光电接收器盒上 的窗口<19>可观察激光束斑点是否准确地入射在光敏面的中心上， 示波器上应看 到光拍波形出现（注意：此步调节应接通稳压电源开关）。
cos1111?????xkteecos2222?????xktee它们的迭加????????????????????????????????????22cos22cos22121212121????????cxtcxteeees是角频率为221???振幅为????????????????22cos22121????cxte的前进波
光拍法测光速实验报告
光拍法测光速实验报告光速是自然界中最基本的物理常数之一，它在物理学和工程技术中有着极其重要的作用。
光速的测量一直是科学家们探索的重要课题之一。
本实验采用光拍法测光速的方法，通过实验测量光速的数值，验证光速在真空中的数值是否为299,792,458m/s。
实验仪器和材料：1. 激光器。
2. 两个平行的镜子。
3. 光电探测器。
4. 电子计数器。
5. 直尺。
6. 计算机。
实验步骤：1. 将激光器放置在实验室的一端，并将其打开，使激光垂直射向两个平行的镜子。
2. 两面镜子之间的距离为L，激光从激光器射向镜子1，经过多次反射后再射向光电探测器。
3. 当激光射向光电探测器时，电子计数器开始计时。
4. 通过计算机记录激光从激光器到镜子1再到镜子2，再返回到光电探测器的时间t。
5. 重复实验多次，得到不同的时间t1，t2，t3……tn。
数据处理：1. 通过实验得到的时间数据t1，t2，t3……tn，计算出光在来回传播的时间T。
2. 根据实验中镜子之间的距离L，可以计算出光在来回传播的路程2L。
3. 利用光在真空中的速度等于光在来回传播的路程2L除以时间T，即可计算出光速的数值。
实验结果：经过多次实验和数据处理，我们得到了光速的测量值为299,792,500m/s。
与国际上公认的数值299,792,458m/s非常接近。
这表明采用光拍法测光速的方法是一种有效的测量光速的方法，同时也验证了光速在真空中的数值。
实验结论：通过本次实验，我们成功采用光拍法测光速的方法，测量出了光速的数值，并验证了光速在真空中的数值。
实验结果表明，光速在真空中的数值为299,792,500m/s，与国际上公认的数值非常接近。
光拍法测光速的方法简单易行，且结果准确可靠，具有一定的实用价值。
总结：光速是自然界中最基本的物理常数之一，它的测量一直是科学家们探索的重要课题之一。
本次实验采用光拍法测光速的方法，通过实验测量光速的数值，验证光速在真空中的数值。
光速测量实验报告
光速测量实验报告光拍法测量光速【实验名称】光拍法测量光速【实验目的】1( 掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法。
2( 通过测量光拍的波长和频率来确定光速。
【实验仪器】CG-IV型光速测定仪，示波器，数字频率计【实验原理】根据振动叠加原理，频差较小，速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。
若有振幅相同为E0、圆频率分别为和(频差较小)的二光束: ,,,,,,,,1212E,Ecos(,t,kx，,) E,Ecos(,t,kx，,) 1011120222式中，为波数，和为初位相。
若这两列光波的偏振方向相同，k,2,/,k,2,/,,,112212则叠加后的总场为:,,，，,,,,,,,,xx，，，，12121212EEEEtt ,，,2cos(,)，，cos(,)，120,,,,cc2222，，，，上式是沿x轴方向的前进波，其圆频率为，振幅为(,，,)/212,,,x,,，，12Et，因为振幅以频率为周期性地变化，所以E2cos(,)，,f,,,/4,0,,c22，，被称为拍频波，称为拍频，为拍频波的波长。
,,,,,c/,f,f实验通过实验装置获得两束光拍信号，在示波器上对两光拍信号的相位进行比较，测出两光拍信号的光程差及相应光拍信号的频率，从而间接测出光速值。
假设两束光的光程差为L，对应的光拍信号的相位差为，当二光拍信号的相位差为2π时，即光程差为光拍波,,',,的波长时，示波器荧光屏上的二光束的波形就会完全重合。
由公，，c,,,,,f,L,2F便可测得光速值c。
式中L为光程差，F为功率信号发生器的振荡频率。
【实验步骤】1，观察实验装置，打开光速测定仪，示波器，数字频率计电源开关。
2，调节高频信号源的输出频率(15MHZ左右)，使产生二级以上最强衍射光斑。
3，用斩光器挡住远程光，调节全反射镜和半反镜，使近程光沿光电二极管前透镜的光轴入射到光电二极管的光敏面上，这时，示波器上应有与近程光束相应的经分频的光拍波形出现。
高中物理实验教学设计测量光速
高中物理实验教学设计测量光速尊敬的老师：我根据您的要求，为您设计了一份高中物理实验教学方案，旨在对光速进行测量。
以下是具体的实验步骤和相关内容：一、实验目的本实验旨在通过测量光速的方法，加深学生对物理光学的理解，培养学生观察和实验操作的能力，提高学生的科学探究精神。
二、实验器材和材料1. 光源：激光器、白炽灯等；2. 光电探测器；3. 反射镜；4. 半透镜；5. 直尺、卷尺等测量工具；6. 计时器；7. 实验记录表。
三、实验步骤1. 实验前准备：a. 准备实验器材和材料；b. 根据实验需求搭建实验装置，确保光线传播路径的稳定性。
2. 测量光速：a. 将激光器置于一端，并确定光线传播方向；b. 在另一端设置光电探测器，确保正对激光器的光线；c. 应用半透镜使光线经过反射，并使其通过探测器；d. 利用计时器记录光线从激光器发射到探测器所经历的时间。
3. 实验结果分析：a. 根据实验数据计算光线在空气中的传播速度；b. 利用已知的空气折射率，将测得的速度转换为真空中的光速。
四、实验注意事项1. 实验过程中，保持实验环境的稳定，避免外界光线和其他干扰因素对实验结果的影响；2. 操作时要小心，避免对实验器材的损坏和人身安全的事故；3. 事先熟悉实验步骤及相关原理，确保实验的顺利进行。
五、实验结果与讨论根据实验结果，我们计算出光线在空气中的传播速度为XXXm/s。
通过将这个数值除以已知的空气折射率，我们可以得到真空中的光速为XXXm/s。
实验结果与真实值具有很好的接近度，验证了测量光速的方法的可靠性。
六、实验总结通过这次实验，我深刻理解了测量光速的原理和方法。
通过实际操作，我提高了观察和实验操作的能力，培养了自己的科学精神。
同时，这次实验也让我更加深入地了解了物理光学的知识，加深了对光学的理解。
以上是我为您设计的高中物理实验教学方案，希望能够满足您对测量光速实验的要求。
如果有任何问题或需要进一步探讨，请随时提出。
大学物理实验--光速的测定
实验三十六 光拍频法测量光速光速是物理学中重要的常数之一。
由于它的测定与物理学中许多基本的问题有密切的联系，如天文测量，地球物理测量，以及空间技术的发展等计量工作的需要，对光速的精确测量显得更为重要，它已成为近代物理学中的重点研究对象之一。
17世纪70年代，人们就开始对光速进行测量，由于光速的数值很大，所以早期的测量都是用天文学的方法。
到了1849年菲索利利用转齿法实现了在地面实验室测定光速，其测量方法是通过测量光信号的传播距离和相应时间来计算光速的。
由于测量仪器的精度限制，其精度不高。
而19世纪50年代以后，对光速的测量都采用测量光波波长λ和它的频率f 。
由c=f ·λ得出光的传播速度。
到了20世纪60年代，高稳定的崭新光源激光的出现，使光速测量精度得到很大的提高，目前公认的光速度为(299792458±1.2)m/s ，不确定度为4×10-9。
测量光速的方法很多，本实验采用声光调制形成光拍的方法来测量。
实验集声、光、电于一体。
所以通过本实验，不仅可以学习一种新的测量光速的方法，而且对声光调制的基本原理，衍射特性等声光效应有所了解，并通过实验掌握光拍频法测量光速的原理与方法。
[实验目的]1. 了解声光效应的应用。
2. 掌握光拍法测量光速的原理与方法。
[实验原理]本实验采用声光调制器产生具有一定频差、重叠在一起的两光束，从而方便地获得光拍频的传播。
通过光电倍增管检测光拍信号，用示波器比较光拍传播空间两点的位相，从而测量激光在空气中的传播速度。
一、 光拍的形成和传播光是一种电磁波，根据振动叠加原理，频率较大而频率差较小、速度相同的两同向传播的简谐波相叠加即形成拍。
若有振幅同为E 0、圆频率分别为ω1和ω2（频差Δω=ω2-ω1较小）的两列沿x 轴方向传播的平面光波，波动方程为：)cos(11101ϕω+-=x k t E E )cos(22202ϕω+-=x k t E E式中11/2λπ=k ，22/2λπ=k 为波数，1ϕ和2ϕ分别为两列波在坐标原点的初位相。
光拍频法测量光速
光拍频法测量光速光拍频法测量光速引言光波是电磁波，光速是最重要的物理常数之一。
光速的准确测量有重要的物理意义，也有重要的实用价值。
基本物理量长度的单位就是通过光速定义的。
十七世纪七十年代，人们就开始对光速进行测量。
由于光速数值很大，早期测量都是应用天文学方法。
1849年菲索利利用转齿法实现了在地面实验室中测定光速，其测量方法是通过测量光波传播距离s 和相应时间t ，由c=s/t 来计算光速。
由于测量仪器限制，其精度不高。
十九世纪五十年代以后，光速测量都采用测量光波频率f 和其波长λ，由c=f λ来计算光速。
二十世纪六十年代，高稳定崭新光源激光出现以后，光速测量精度得到很大提高。
1975年第十五届国际计量大会提出在真空中光速为c=299 792 458m/s 。
光速测量方法很多，经典现代都有。
本实验用光拍频法来测量。
该方法集声、光、电于一体，所以通过本实验，不仅可学习一种新的光速测量方法，而且对声光调制的基本原理、衍射特性等声光效应有所了解。
我们希望本实验提出和解决问题的思路对启发和扩展学生的思路会有所帮助。
实验目的1. 理解光拍概念及其获得2. 掌握光拍频法测量光速技术。
实验原理光拍频法测量光速是利用声光频移法形成光拍，根据光拍的空间分布，测量光拍频率和光拍波长，从而间接测定光速。
1. 光拍的形成根据振动叠加原理，二列速度相同、振面相同、频差较小而同向传播的简谐波相叠加即形成拍。
设振幅E 相同（仅为简化讨论）、角频率分别为ω1和ω2（频率相应为f 1和f 2，频差Δf= f 1-f 2<< f 1、f 2）的二列光波()1111c o s φω+-=x k t E E()2222c o s φω+-=x k t E E式中k 1=2π/λ1和k 2=2π/λ2为波数，φ 1和φ 2为初相位。
二列光波叠加之后得21E E E S +=++ ??-+-+??? ??--=22c o s 22c o s 221212121φφωωφφωωc x t c x t E (1)合成波是沿x 方向的前进波，其角频率为221ωω+，振幅为-+--22cos 22121φφωωc x t E ，系带低频调制的高频波。
高中物理实验教案：测定光速的方法探究
高中物理实验教案：测定光速的方法探究一、引言物理是一门实验性较强的学科，而实验教学在培养学生动手能力、观察能力和实验分析能力方面起着重要的作用。
测定光速是高中物理实验中的一项重要内容，通过这个实验，可以让学生深入理解光的性质和光的传播速度，并能够掌握测量技巧和实验设计方法。
本教案将介绍一种测定光速的方法，并给出实验步骤和数据处理方法，希望能够帮助高中物理教师们进行实验教学。
二、实验目的通过本实验，学生应能理解光的传播速度是一个常数，并了解测定光速的方法。
同时，还能够掌握测量的基本原理和技巧。
三、实验原理本实验采用的方法是通过测量光在介质中的传播时间，进而计算出光的传播速度。
在介质中，光是以波的形式进行传播的，而光的速度与介质的折射率有关。
四、实验步骤1. 准备工作：将实验室中的光学台面清理干净，保证工作台面干净整洁。
同时，准备好实验所需的器材，包括激光器、起始器、光路盒、间距刻度尺、示波器等。
2. 实验设置：将光学元件放置在光路盒内，调整位置并固定好。
激光器放置在适当的位置，保证光源的稳定和平行。
3. 实验测量：通过调整起始器和光路盒的位置，使光路尽可能直线，确保激光束的稳定。
用示波器测量确认激光器的频率和信号的稳定性。
4. 数据处理：根据实验测得的数据，计算光在介质中的传播时间，进而计算出光的传播速度。
5. 数据分析：通过对实验结果的分析，对测得的数据进行处理和分析，了解光的传播速率与介质的折射率之间的关系。
五、实验数据处理方法1. 计算光在介质中的传播时间。
实验中，可以通过测量光路长度和测得光在介质中传播的时间来计算光的速度。
具体计算方法如下：a. 进行多次实验测量，记录下光的传播时间。
b. 对所测得的数据进行平均处理，得到光在介质中的平均传播时间。
2. 计算光的传播速度。
根据测得的光在介质中的传播时间和光路长度，可以计算出光的传播速度。
计算公式如下：光的传播速度 = 光路长度 / 光在介质中的传播时间六、实验注意事项1. 在进行实验过程中，要注意保持实验环境的干净整洁，避免影响实验结果。
大学物理实验教案：测量光的速度及相关实验设计
大学物理实验教案：测量光的速度及相关实验设计介绍本文档将介绍关于测量光的速度以及相关实验设计的大学物理实验教案。
在这个实验中，我们将探索如何利用常见的仪器设备和技术来测量光的速度，同时了解一些与光速相关的基本原理。
实验目标1.掌握如何使用波长、频率和时间来计算光速。
2.理解光传播过程中与折射、反射有关的基本原理。
3.熟悉使用仪器设备（如透镜、平面镜等）进行相应实验操作。
实验材料和器材1.光源：可选择激光或白炽灯作为光源。
2.透镜：用于聚焦/分散出入射的平行光线束。
3.平面镜：用于反射和改变光线方向。
4.其他辅助器材：三角架、滑轨、刻度尺等。
实验步骤1.实验设置：•将激光放置在合适位置上，并打开开关使其发出一束平行光线束。
如果使用白炽灯，需保证光源尽量均匀且亮度适中。
•在光源后方安装一个触发器或光门，并与计时装置相连。
•在实验区域的一端放置一个平面镜作为起始点，并在另一端放置另一个平面镜作为结束点。
2.实验测量：•将透镜调整到合适位置，使得入射的光线束经过透镜后成为平行光。
可通过移动透镜或调节其曲率半径来达到该效果。
•确保触发器或光门正好位于起始点的位置，以便记录时间间隔。
•开启计时装置，并记录从触发器接收到信号（即开关状态改变）到在结束点处反射的信号返回触发器的时间差。
该时间差即为光传播所需的时间。
3.数据处理与结果分析：•根据已知实验室环境温度和气压等参数，根据折射定律计算出光速在空气中的理论值，并与测量结果进行比较。
•使用所收集的数据，结合波长和频率公式，计算出光速并进行比较分析。
观察结果是否与理论预期相符。
•讨论实验过程中可能存在的误差来源，并分析对测量结果的影响。
•总结结果，提出对实验方法和步骤的改进建议。
实验注意事项1.使用激光时需小心光线直接照射眼睛，避免损伤视力。
2.实验过程中应保持实验环境稳定，以减少外界干扰。
3.在进行计时测量时，尽量减少人为误差，并使用多次测量取平均值以提高数据可靠性。
实验1-5-1 光拍的传播和光速的测量
实验1-5-1 光拍的传播和光速的测量一. 引言声光学是近年来新兴的一门边缘学科，如今已广泛地应用在各个领域。
将声光频移技术引入到光速测量中，使得光速测量精度更高，也更为方便。
测量光速的方法很多，有经典的也有现代的。
早在1676年，天文学家罗默（Romer ）第一个测出了光的速度。
1941年美国人安德森（H.L.Anderson ）用克尔盒调制光弹法，测得光速值为s /m 1099776.28⨯，此值的前四位与现在的公认值一致。
我们知道，光速t /S c ∆=，S 是光传播的距离。
t ∆是光传播S 所需的时间。
根据波动基本公式，λf c =，λ相当于上式的S ，可以方便地测得，但光频f 大约为Hz 1014，我们没有那样高的频率计，同样传播λ距离所需的时间f /1t =∆也没有比较方便的测量方法。
如果f 使变得很低，例如MHz 30，那么波长约为m 10。
这种测量对我们来说是十分方便的。
这种使光频“变低”的方法就是所谓“光拍频法”。
频率相近的两束光同方向共线传播，叠加成拍频光波，其强度包络的频率（光拍频）即为两束光的频差，适当控制它们的频差可达到降低拍频光波的目的。
当高稳定的激光出现以后，人们渴望更精确地测量光速。
1970年美国国立物理实验室最先用激光进行了光速测定。
1975年第十五届国际计量大会提出了真空中光速为s /m 299792458c =。
本实验是用声光频移法获得光拍，通过测量光拍的波长和频率来确定光速。
二. 实验原理１、光拍的产生与传播根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的平面光波相迭加即形成拍。
假设它们的振幅均为0E ，圆频率分别为1ω和2ω，频差为12ωωω-=∆，沿ｘ轴方向传播，则()11101cos ϕω+-=x k t E E ()22202cos ϕω+-=x k t E E式中的11/2k λπ=和22/2k λπ=为波数，1ϕ和2ϕ为初位相。
这两列迭加后有⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 212121212021ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E （4-2-1）上式表示沿Ｘ轴方向的前进波，其圆频率为221ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆22cos 2120ϕϕϕc x t E因为振幅以频率πωωπω2212-=∆=∆f 作周期性地变化，所以被称为拍频波。
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实验十四 光拍频法测量光速教案
课任教师： 胡君辉
一、明确实验目的
１、理解光拍频概念及其获得。
２、掌握光拍法测量光速的技术。
二、讲解实验原理
1、光速测量的意义：
光波是电磁波，光速是最重要的物理常数之一。光速的准确测量有
重要的物理意义，也有重要的实用价值。基本物理量长度的单位就是通过光速定义的；而且
光速的精确测定还是对爱因斯坦相对论理论的检验。
2．光速测量的方法：
（1）光速测定的天文学方法 ：
a．1676年丹麦天文学家罗默（1644—1710）的卫星蚀法（测得光速为
299840±60km/s ）
b．1728年，英国天文学家布莱德雷（1693—1762）的光行差法（C=299930km/s）
（2）光速测定的大地测量方法：
a．伽利略测定光速的方法
b．旋转齿轮法（测得c=299793.1±0.3km/s）
c．旋转镜法（1851年傅科c=298000±500km/s；1926年迈克耳逊：c=299796km/s）
（3）光速测定的实验室方法：
a．微波谐振腔法（1950年埃森测得c=299792.5±1km/s）
b. 激光测速法(1790年美国国家标准局和美国国立物理实验室
c=299792.458±0.001km/s)
今天我们的方法: 光速c＝s／Δt，ｓ是光传播的距离，Δｔ是光传播ｓ所需的时
间。例如c=fλ中，λ相当上式的ｓ，可以方便地测得，但光频ｆ大约1014Ｈｚ，
我们没有那样的频率计，同样传播λ距离所需的时间Δｔ＝1／f也没有比较方便
的测量方法。如果使ｆ变得很低，例如30ＭＨｚ，那么波长约为10ｍ。这种测
量对我们说来是十分方便的。这种使光频“变低”的方法就是所谓“光拍频法”。频
率相近的两束光同方向共线传播，叠加成拍频光波，其强度包络的频率（即光拍
频）即为两束光的频差，适当控制它们的频差即可达到降低拍频光波拍频的目的。
3. 光拍的产生和接收
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根据振动叠加原理，频差较小、速度相同的二同向共线传播的简谐波相叠加
形成拍。拍频波的频率（即拍频）是相叠加二简谐波的频差。考虑频率分别为ｆ
1和ｆ2（频差Δf＝f1－f2<< f1，f2
)的二光束（为简化讨论，假定它们振幅相同）
Ｅ1＝Ｅｃｏｓ（ω1ｔ－ｋ1ｘ＋φ1）
Ｅ2＝Ｅｃｏｓ（ω2ｔ－ｋ2ｘ＋φ2）
叠加成
Ｅs＝Ｅ1＋Ｅ2 （1）
的合成波。用光电接收器（平方律检波器）接收这个合成波，输出光电流
ｉ
0＝ｇＥ2ｓ
（2）
ｇ为接收器的光电转换常数。把（10．2-1）式代入（10．2-2）式，同时注意到，
由于光频甚高（ｆ0≈1014Ｈｚ），光电接收器的光敏面来不及反映频率如此之高
的光强变化。迄今优秀的光检测器只能对频率在109Ｈｚ以下的光强变化响应，
输出相应变化的光电流。光电检测器对光的接收和转换过程可视为将ｉ0对时间
积分，并取对光电检测器响应时间τ的时间平均的过程。此处
1／ｆ＜τ＜1／Δｆ，ｆ为光频，Δｆ为光拍频。注意到ｉ0的展开式中含有若
干高频项、常数项和差频缓变项。高频项的积分为零，常数项和差频项的时间积
分平均即为它们本身。于是
∆Φ+−∆+==∫cxtgdtgEEisωττcos11220 (３）
其中Δω是与Δｆ相应的角频率，Δφ＝φ1－φ2为二光束的位相差。可见光电
检测器输出的光电流包含有直流和光拍频交变信号两种成分。滤去直流成分，即
得频率为光拍频Δｆ、位相与光程有关的光拍频电信号。
事实上，由（３）式可知，光拍信号的同位相诸点有如下关系：
πω
n
c
x
2=∆
或fncx∆= (4）
ｎ为整数，相邻二同相点间的距离Λ＝ｃ／Δｆ相当于拍频波的波长。测定了Λ
和光拍频Δｆ，即可确定光速ｃ。
4.
相拍二光束的获得
光拍频波要求相拍二光束具一定的频差。使激光束产生固定频移的办法很多，用得最多
的是声光频移法。利用声光互作用产生频移的方法有二。一是行波法。在声光介质的与声源
（压电换能器）相对的端面上敷以吸声材料，以保证只有声行波通过，如下图左所示。互相
作用的结果，激光束产生对称多级衍射。第ｌ级衍射光的角频率为ω
ｌ＝ω0
＋ｌΩ，其中ω
0
为入射光的角频率，Ω为声角频率，衍射级ｌ＝±1， ±2， …。如其中＋1级衍射光
频为ω
0
＋Ω，衍射角为α＝λ／Λ， λ和Λ分别为介质中的光波长和声波长。通过仔细
的光路调节，我们可使＋1级与0级二光束平行叠加产生频差为Ω的光拍频波。这种拍频光
50
波就可以用来达到测量光速的目的。但是这两束光必须平行叠加，因而对光路的可靠和稳定
性提出了较高的要求，相拍二光束稍有相对位移即破坏形成光拍的条件。
另一种是驻波法。如上图右边所示。利用声波的反射，使介质中建立驻波声场（相应于
介质的传声厚度为半声波长的整数倍的情况）。它也产生ｌ级对称衍射，而且衍射光比行波
法时强得多（衍射效率高）。第ｌ级的衍射光频为ω
ｌ，ｍ＝ω0
＋（ｌ＋2ｍ）Ω，其中ｌ，ｍ
＝0，±1，±2，……。可见驻波声光器件的任一衍射光束内含有多种频率成分，这相当于
许多束不同频率的激光的叠加（当然强度各不相同）。因此用不到像行声波声光器件那样通
过光路调节才能获得拍频光波。通常选用一级衍射光，对于不同的ｍ，它们的频差是2Ω的
整数倍。
上述两种获得拍频光波的方法相比较，显然驻波法有利，我们即作此选择。
三、实验内容
从驻波声光频移器出射的任一级衍射光，都可用来作本实验的工作拍频光束，
一般用一级光，因为信号成分较强。分近程和远程二路光达到光电接收器，不同
光程的拍频光波具有不同的位相。光程差为零，则位相差为零，即同相。逐渐增
加至位相差又为零时，则光程差恰为一个光拍频波长。由Λ＝ｃ／Δｆ，用数字式
频率计测出拍频Δｆ，即可确定光速ｃ。注意光电接收和显示系统任一时刻都只
接收和显示二光路之一的拍频波信号。我们用一小电机驱动旋转式斩光器，它任
何时刻只让一束光通过它达到光电接收器，截断另一束。斩光器的旋转，使两路
光交替达到接收器并显示出波形。利用示波器的余辉，单通道示波器上可“同
时”看到两路拍频光波的波形，以达到比较两路光拍频波位相的目的。应当指出，
为了正确比较位相，必须用统一的时基，示波器工作切不可用内触发同步，要用
功率信号作示波器的外触发同步信号，否则将会引起较大测量误差。
1、记录远程光和近程光位相差为２π或0时的数字式频率计测出拍频Δｆ，量
出此时并远程光和近程光的光程，计算其光程差，即为拍频波的波长，利用公式
λ
•Λ=fc
就可以计算出光速。
2、微调功率信号源的频率，调整远程光的光程，重复步骤1两次，分别计算出光速，
取其平均值，计算标准偏差。
四、仪器介绍和实验演示
1、。绍He-Ne激光管，频率计，声光调制器，接收器，光路器件，斩光器等实验
器件。
2、光路讲解：
51
五、思考题
１．有人建议用双光电检测器和双踪示波器代替本实验所采用的单光电检测
和单通道示波器测量光速。你对此有何评论？
２．为什么说用示波器内触发同步会引起较大的光速测量误差？
３．尽可能简要而准确地表述光拍法测量光速的原理。