综合物理实验实验报告
实验名称：激光光速的测定
系 别 理学院物理系 专业班号 光信息 实验日期 20##年5日
姓 名 学 号 交报告日期20##年6月1日
实验仪器：
He-Ne激光器及电源适配器，实验基台，透镜及反射平面镜，光接收器，示波器及函数发生器，30米卷尺及平板小车，连接电缆若干
实验简介
利用函数信号发生器，调整激光器输出为高频周期脉冲方波信号，等距改变激光传输光程并用光接收器接收反射信号，利用示波器便可以测定光速。
理论基础
在自由空间内光的速度是一个重要而有趣的自然常数，光源的速度与观察者的相对速度无关，且有以下规律
1. 光的速度，是宇宙见任何事物速度的上限
2移动物体接近光速，遵循一套物理原则，不符合牛顿定律且超过了我们的直觉假设。
实验预备
1.准备了光接收器和红光激光器
2.在实验基台上，依次放置好激光器，透镜和光接收器，并将反射平面镜放置在另外一个平板小车上。
3. 反射平面镜放置的平板小车须有10—20m活动空间。
4.调整平面镜垂直及水平，使反射光和入射光在同一水平高度。
5.使用BNC同轴线缆连接TTL与示波器通道1，使用RCA-BNC线缆连接光接收器与示波器通道2，使用3.5mm耳机线-BNC线缆连接激光器电源与函数发生器输出接口。
6.设置函数发生器为方波，频率设置-3MHZ，调节函数发生器的直流输出和偏移，直至激光器亮度始终为止。
7.调节示波器参数，调整示波器时间轴为25ns/div
实验内容
1. 调整激光反射镜透镜位置和接收器，使信号最大化。
2. 在示波器上，调整信号以最大限度的显示显示信号变化。注意测量全程不要更改示踪的水平位置。
3. 记录的反射镜的位置d和示波器信号的相位差T
4. 改变反射镜位置，并重复上述步骤，至少采集7个数据点以上。
实验结果
得|m|=0.302m/ns，则通过实验所测得的光速c=3.02*108m/s。相对误差为(c-c0)/c=0.67%。
实验建议
1. 勿直视激光斑点，小心伤眼。
2. 应使激光器反射信号尽量打入光接收器传感芯片的中心位置。
3. 测量全程不应更改示踪的水平位置。
4. 使反射光与入射光处于同一水平高度上，必要时要调整激光器的固定倾角。
思考题
激光器反射方波信号经接收器接收后显示在示波器的通道而上形成类余弦的光信号，分析原因。
答：激光的能量会在空气中消耗，且光路调节并非完全精确，在杂光的影响下使示波器中的正弦波不稳定，产生类余弦的信号
改进方法
频率更高的信号减小读数误差，可采用能量更大的激光束以消除杂光的干扰
误差分析
本实验存在一定的系统误差和人为误差，如测距不准确，不能保证在真空中进行，
而且本实验横轴的数量级较小，则读数稍有不准会带来较大的实验误差，还有该实验为几个同学分工合作，不同同学的视角，对测数的把握不同也会带来误差。
第二篇：光速测量研究性实验报告
光速测量
一． 惠更斯的测定的光速
丹麦青年科学家罗默。罗默生于奥尔胡斯，在哥本哈根受过教育，后来移居巴黎。在罗默来巴黎的30年前，意大利天文学家卡西尼应路易十四聘请也来到巴黎，他对木星系进行了长期系统的观察和研究。他告诉人们，木星和地球一样也是围绕着太阳运行的行星，但它绕太阳运行的周期是12年。在它的周围有12颗卫星，其中有4颗卫星特别亮，地球上的人借助于望远镜就可以看清楚它们的位置。由于这些卫星绕木星运行，隔一段时间就会被木星遮食一次，其中最近木星的那颗卫星二次被木星遮食的平均时间间隔为42小时28分16秒。罗默在仔细观察和测量之后发现，这个时间间隔在一年之内的各个时间里并不是完全相同的，并且当木星的视角变小时，这个时间间隔要大于平均值。
1676年9月，罗默向巴黎科学院宣布，原来预计11月9日上午5点25分45秒发生的木卫食将推迟10分钟。巴黎天文台的天文学家们虽然怀疑罗默的神秘预言，但还是作了观测并证实了木卫食的推迟。11月22日罗默在解释这个现象时说，这是因为光穿越地球的轨道需要时间，最长时间可达22分钟。后来惠更斯利用罗默的数据和地球轨道直径的数据，第一次计算出光速为 2×108米/秒。虽然这个结果很不精确，但为光速的测定迈出了一大步。
二.法国科学家菲索的旋转齿轮法
菲索为法国科学家，他让光源发出的光从转动齿轮的间隙中通过，再通过透镜变成平行光束，这光束聚焦于安装在一定距离的平面镜上，被平面镜反射后再沿着相反的方向返回齿轮，进入观察者的眼睛。
当齿轮以某一速度转动时，观察者将看不到返回的光，这是因为光线从齿轮到达平面镜再回到齿轮时，恰好为下一个移来的齿所遮蔽，倘若使轮的转速增加1倍，光点又重新被看到了，因为返回的光恰好穿过下一个齿缝。设轮的 如果光速为C，齿轮与平面镜间的距离为l，那么， 进行的。齿轮的齿数是720个，计算光速为313，300公里/秒， 可以看出结果与今天的精确值比较接近。
三. 迈克尔逊旋转镜和干涉仪测法如图7所示是迈克尔逊用转动八面镜法测光速的实验示意图，图中S为发光点，T是望远镜，平面镜O与凹面镜B构成了反射系统。八面镜距反射系统的距离为AB＝L（L可长达几十千米），且远大于OB以及S和T到八面镜的距离。现使八面镜转动起来，并缓慢增大其转速，当转动频率达到f0并可认为是匀速转动时，恰能在望远镜中第一次看见发光点S，由此迈克尔逊测出光速C。
具体的算法为，此时八面镜转过角度为
即可得出C=16
以上为迈克尔逊的测定光速的原理及计算方法。
四.巧用微波炉测光速
光速的测量并不一定要用科学的仪器，其实在生活中我们可以利用身边的东西进行测量，我们知道电磁波的传播速度等于光速，因此我们可以运用微波炉发出的微波进行光速的测量。具体做法如下：
把旋转托盘从你的微波炉中拿出来，再把一块巧克力放在托盘上。用最大的功率加热，直到巧克力上有两到三处出现融化——这仅仅只需20秒钟的时间。然后，从微波炉中拿出巧克力，测量两个融化处之间的距离，再将此距离乘以2，在乘以2,450,000,000(即2450兆赫兹，如果你的微波炉是标准厂家生产的，那么多半就是这个频率)。接下来，你会惊奇地发现，算出的结果非常接近299,792,458——若加上米/秒的单位，即是光速。
我们知道，微波炉每秒产生24亿5千万次的超高频率，快速震荡炉中事物所含有的蛋白质、脂肪、水等成分的分子，使分子之间互相碰撞、挤压、摩擦，重新排列组合。简而言之，它是靠事物内部的摩擦生热原理来烹调的。由于巧克力棒静止不动地停留在微波炉里，微波持续地震荡相同的部位——即迅速变热并融化的地方。而相邻两个融化点之间的距离即是波长的一半，因为微波穿过巧克力块时是上下波动的。将两个融化点之间的距离乘以2，即为一个完整的波长。而微波和光波一样，它们都是以光速行驶的电磁波。在你的炉子里，它们的频率为2450兆赫兹，这就意味着它们每秒钟上下跳跃的次数为24.5亿次。我们已经计算出它们的波长——经历完整的一轮上升和下降的波动说走过的距离。因此我们可以计算出这样的微波经历24.5亿次上升和下降说走过的长度，也就是说，它们在一秒钟内所走过的长度。这样，我们的数据就足够了：如果你发现巧克力的融化点之间的距离是6厘米，那么用0.06*2*2.45*1,000,000,000讲会得到294,000,000——这个结果与物理学家们用了半个世纪测出的结果及其相似。
五、光拍法测量光速
GY—Ⅲ型光速测定仪原理示意图
【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： 
式中
，
为波数，
和
为初位相。若这两列光波的偏振方向相同，则叠加后的总场为：
上式是沿x轴方向的前进波，其圆频率为
，振幅为
，因为振幅以频率为
周期性地变化，所以E被称为拍频波，
称为拍频，
为拍频波的波长。
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
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。
4，用斩光器挡住近程光，调节半反镜、全反镜和正交反射镜组，经半反射镜与近程光同路入射到光电二极管的光敏面上，这时，示波器屏上应有与远程光光束相应的经分频的光拍波形出现。
5，示波器上这时有两列波出现，移动导轨上A的滑块，记下此时A的位置，然后移动滑块B，让两列波完全重合，记下滑块B的位置。
6，重复步骤5，然后再记下数据。