科技資訊 ATION（湖南懷化，湖南城建學(xué)院數(shù)理系）光度法測量光速是相當(dāng)多院校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里針對中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)。 在該實(shí)驗(yàn)中，超聲波光柵用于形成拍頻光。 通過在示波器上比較遙控光和火控光的相位差，最終可以得到拍頻光的光速。 如果實(shí)驗(yàn)裝置稍加改進(jìn)，可以檢測玻璃、水晶等介質(zhì)的折射率。 實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)簡單易懂。 該實(shí)驗(yàn)裝置操作方便，檢測數(shù)據(jù)量少。 實(shí)驗(yàn)概念介紹如下。 1、射光法測量光速的實(shí)驗(yàn)原理如光路圖1）所示，M2、M12、M3-11為反射鏡，M10、M11需安裝在平臺(tái)上可以沿著光束傳播方向進(jìn)行通信。 電路原理圖如圖所示。 高頻振蕩器可形成F=15MHz左右的高頻余弦信號，高頻聲音通過后驅(qū)動(dòng)超聲波換能器。 調(diào)整振蕩頻率等于調(diào)制器的諧振頻率，則介質(zhì)中就會(huì)出現(xiàn)串?dāng)_光的折射實(shí)驗(yàn)裝置，產(chǎn)生超聲波串?dāng)_場。 激光光源的光穿過介質(zhì)后發(fā)生衍射，衍射光富含頻率為2F的拍頻光。 光束在M2處被分成兩束。 適當(dāng)調(diào)整鏡子的角度，使光束與儀器工作臺(tái)平行，并使兩束光束進(jìn)入光電探測器。 入射光會(huì)聚在光電測量裝置中的光電管上。 在垂直平面上連接。 當(dāng)光電管位于透鏡焦點(diǎn)時(shí)，示波器上曲線的幅度最大。
安裝在直流電機(jī)軸上的圓錐形赤道儀有一半是空的，兩束光束每轉(zhuǎn)一圈就穿過它一次。 光電測量裝置中的光電管首先將入射光轉(zhuǎn)換成聯(lián)通信號，但考慮到氦氖激光器本身的噪聲，其光譜主要集中在25MHz以下。 在AM光中，不僅有頻率為2F的有用信號，而且還有很多，因此，在光電測量儀器中設(shè)置帶通混頻器來增強(qiáng)噪聲，并選擇30MHz左右的信號頻率信號，并且然后將信號放大后送至變頻電路。 為了便于用普通示波器放大觀察，變頻電路將光電測量儀輸出的頻率約為30MHz的高頻信號通過變頻器降低頻率。 本振信號一路送到濾波器l，將接收信號的頻率降低到1左右。一路經(jīng)過2分頻送到濾波器2，減少了約15MHz的調(diào)制信號左右，并用該信號作為示波器的外部同步信號，以穩(wěn)定顯示波形。 由于變頻僅改變信號的頻率，而不改變其相位差，因此下變頻后的信號的相位差與原信號的相位差相連接，從而改變長距離和短距離之間的光程差。距離光。 當(dāng)遙控光和火控光的相位差相等時(shí)，示波器上的兩個(gè)波形完全重合，光程差正好是光拍波的波長，因此可以得到光速為：c=2Fλ 示波器上兩路光拍的信號波形 2、實(shí)驗(yàn) 裝置的改進(jìn)如圖所示光的折射實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置上連接鏡M10、M11的底座后面固定有刻度尺，連接鏡的連接距離鏡子M10和M11可以直接讀取。
測試時(shí)，首先調(diào)整設(shè)備，使長程和近程光學(xué)示波器上的波形重合。 此時(shí)，兩條光路之差正是空氣中光的波長。 記錄此時(shí)M10、M11的基準(zhǔn)位置x1后，將介質(zhì)置于光路上，錐面與光線垂直。 此時(shí)，示波器上兩束光的波形不再重合。 聯(lián)通鏡M10和M11的底座位置在x2處，使得兩個(gè)波形再次重疊，時(shí)間差又等于一個(gè)波長。 假設(shè)介質(zhì)厚度為L，折射率為n，則有：Ln-1=|x2-x1| 可以看出，測量的是介質(zhì)的折射率，不需要其他測量，只要測量兩個(gè)波形重疊時(shí)可動(dòng)鏡的連接距離和介質(zhì)的厚度即可。 裝置改進(jìn) 圖3 結(jié)論 在本次實(shí)驗(yàn)中，由于兩個(gè)波形的重合程度取決于實(shí)驗(yàn)者的觀察和判斷，因此具有很大的主觀性； 連接的螺桿裝置是驅(qū)動(dòng)的，因?yàn)殄F度較大，而且旋轉(zhuǎn)手輪上沒有刻度，而后面的固定刻度是最小刻度為1mm的刻度，所以定位的精確度不是很好。 如果螺旋裝置能進(jìn)一步改進(jìn)，減小孔徑，改用螺旋千分尺裝置，可大大提高精度。 實(shí)驗(yàn)所用介質(zhì)的厚度應(yīng)稍長，最好不高于10cm。 雖然由于上述缺點(diǎn)，檢測精度不是很高，但作為中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)，對于激發(fā)中學(xué)生的活躍思維和靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)而言，還是很有指導(dǎo)意義的。 【責(zé)任編輯：翟成良】學(xué)院報(bào)告廳568