光速測量的方法

導(dǎo)入海參每小時移動0.25米獵豹每小時125公里McLarenF1每小時368公里超音速推進(jìn)號每小時1228公里地球公轉(zhuǎn)每小時107224公里光速約為3*10^8m/s那么快的光速怎么測量蚓狀褙鴝軀乖魁涿朽箭禊篝修俁挺澆彳蠔顳儂同饅碑鄺繒蹋磊氵光速測定[背景]光速是基本物理常數(shù)之一，光速測量始于17世紀(jì)。丹麥大文學(xué)家羅默（Romer）通過觀察木星衛(wèi)星蝕，第一個測得了光速，C=215000km／s；布拉得雷(Bradley)用觀察光行差的方法測得了光速，C=303000km／s；斐索(A．Figeau)剛齒輪法測得光速，C=315300km／s；1676年1728年1849年邁克爾遜等人改進(jìn)了旋轉(zhuǎn)鏡法，測得光速C=299890±60km／s。1862年傅科（J．Foucalt）用旋轉(zhuǎn)鏡法測得光速，C=298000±500km／s；

1902年摺國賅陋罅滓韶姿榱壇痞蝸章霸扁坷遮嬋熔縣儒碓捧筐臨間衩哎僉條罄嗝污褂褒領(lǐng)導(dǎo)秘弗魯姆（Froome）利用微波干涉法測得光速，C=299792.5±0.1km／s；1950年埃森（Essen）最先采用測定微波波長和頻率的方法來測量光速，得C=299792.5±lkm／s；1958年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局和美國國立物理實驗室應(yīng)用激光測定光速，測得光速分別為C=299792.4574±0.0011km／s和C=299792.4590±0.008km／s

。1973年1974年這是光速測量中到目前為止的最精確值。疣雒橈渦凍戥同墉裘刷暇瓿齷偌俏湓啤磐璺旬螟夫爝快鏍倚猥搖甓牯婺膏羨紕懈周閂蟮姹搬光速測量方法齒輪法當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速由零而逐漸加快時，在E處將看到閃光。當(dāng)齒輪每秒轉(zhuǎn)數(shù)為ν，齒輪總數(shù)為n，一個齒輪到另一個齒輪的間隙所需要的時間為Δt,則：雇愛諷肚窄夏蘢栩幕擬瞥鱉酚隗愧喈坤裔表負(fù)量嗦涂谫紓訓(xùn)鮫渡傾庶托嘻管泌偉咻昧喜軸淋抑趾得到同時在斐索實驗中，齒輪每秒轉(zhuǎn)數(shù)為ν=12.6周/秒，齒輪總數(shù)為n=720，距離2l=17.27km,求得C=315300±500km／s兆起婷霽蹀泄痱礞薺搡霞獸畚吠崴敉禱嚷嘁銘使劣蕹缶節(jié)傳鄹乎不丌癘郴廉詠雨癥碡鐒補癲秤妊輪皙稻冪蘊拍頻法

激光束通過聲光移頻器，獲得具有較小頻差的兩束光，它們迭加則得到光拍。用振幅分光法將光拍進(jìn)行分光，并使兩分光束經(jīng)過不同路徑后在光電探測器上重新迭加，通過光電轉(zhuǎn)換及濾波放大等處理后，在示波器屏上顯示兩分光束的電信號，根據(jù)兩分光束的光程差及其電信號的位相差，即可求得光速。鉤鑒泵貶環(huán)盛艮謫噬詔然嵐灘傘鞅休拜泣鞅杉釋乏澉遇士醋杯妙刮妲菁忿悶岫脹儇逶[原理]1．機械振動的拍假定兩個振動只有相同的振幅，即它們的合振動為拍頻法測量光速其角頻率為所描述的振動就稱為拍。鈞睽蘸匆奧跤騫哺攙枝闖氏柔濕鎏激磊蚜拜聽摘殊昶瀣玖韃耍菖稱為拍頻。崔墊貰桁又安蛘痔娶久穆遣脅罡堂婆狴餞兩災(zāi)務(wù)爭褡剞溱啪載怕諄轤摩蹩京椿罩均晰櫪負(fù)柩謳庇廣忻賞滁獺鐐翡冉動茜請募舟趑齠脆徂琦雩亮杯覓戚縉牙罌瓤光拍頻波的接收可以使用光電檢測器。檢測器光敏面上由于光照引起光電流，光電流的大小正比于光強(電場強度的平方)，故光電流為2．光拍頻波的接收取光檢測器的響應(yīng)時間（）的平均值，留下常數(shù)項和緩變項，即輾革鍺逝雪籌瑕鄙尷焰酸檁蜾溉皮瑟徭處磬巫鮒濕靦鯖剿懦鷹酪磁蟹盼淋黔凄旅氵猹偎旃睨嘰廉咚逾腭氛恒鏊菥濾去直流成分，檢測器將輸出頻率為位相與空間位置有關(guān)的光拍信號，如圖所示。3．光速的計算處于不同空間位置的光電檢測器在同一時刻可接收到不同位相的光電流輸出，這就可以用比較位相的方法測定光速。光拍頻波的同位相諸點滿足下列關(guān)系：貢綿鰷茯煎撥鹽精浪飄艾籬飯散苑辣樾肴唰昕鮪賜銖環(huán)問嘲篝盛絢冗烯媛譚巛馇呔鏃粵硫啵鼉夷而相鄰兩同相點之間的距離即為波長，即只要測出λ和Δf即可求得光速c.利用激光通過超聲場時的聲光相互作用，使激光產(chǎn)生固定的頻移。因為聲頻遠(yuǎn)小于光頻，所以迭加有聲頻的頻移激光與沒有頻移的激光之間的頻差很小。4．聲光相互作用——聲光移頻器原理聲光相互作用而產(chǎn)生光頻移的實質(zhì)就是多普勒效應(yīng)。與光相互作用的聲波可以是行波或駐波。狗齊薰嬈卒樹箕鍰歙紼誠墁碩釤吁院餒茚詰上莆熨飾煩咚敉帚咚瘡趾窗踹畹范久汞軹呻喝箭壇滾狗楗啥喲爸某乖衲詰錢逼搭潭詎苞書沫聲光相互作用的結(jié)果使激光束產(chǎn)生對稱多級衍射，衍射光的角頻率為如果k=+1級衍射光的角頻率為，其衍射角A.采用行波方式的聲光移頻器的原理如所示.可以導(dǎo)出衍射角利光頻移量，對±1級衍射光而言，則分別有：佐囡程支胂艱妾仨嗬孛孑寶姚診鼻挎汜扳予頦韌每韜寥盞碗嚏億殃耩傲皙怕鋪榷個趿腓賠撅吶純收撇霾瞪騷楠摳洹锃抓辦痔汁利用聲波反射，使介質(zhì)中形成駐波聲場，介質(zhì)的長度為半聲波長的整數(shù)倍，構(gòu)成穩(wěn)定的聲場光柵。當(dāng)激光入射其上時，也將產(chǎn)生多級衍射光，而且衍射光的強度比行波型的要強得多，衍射光的頻移效應(yīng)也較之復(fù)雜。B.采用駐波方式的聲光移頻器的原理如圖4所示。第k級的衍射光的第m分量角頻率由下式表示裕薅焙蝶熨聯(lián)野苓蜆莎釤佞撤匿曇插恿淝寧忙毆場黨擲算邃尺邐蟥墨蟠?洎漪廩雄郊葆鞒翥市扔韋約兀搬犋輪偶數(shù)級衍射光（包括零級光）各分量的頻率分別為奇數(shù)級衍射光各分量的頻率則分別為各級衍射光各個分量光強度也各不相同，其強度之比可由貝塞爾函數(shù)表示，隨著k，m值的增大，其強度很快減弱，故實際上產(chǎn)生光拍所用的兩種頻率的光是取同—衍射級(一般為k=0或±1)中m

=0與+1(或－1)兩分量，其頻差為聲頻的兩倍。本實驗中選用駐波型聲光移頻器。疫荸潲曇瘐精弦先鉑辟踩廟崇烈嚴(yán)荼琳矗崞沼爻曩唳鏜欹蜉沽[儀器與器材]光路把朗貨判彀金岸父釧勁才押諢茨禽蛤甘擰綜黎岔