如何测量河中水流的速度
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发布时间：2022-05-02 19:12
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时间：2022-06-26 05:50
c=λ•f (1)
图1 两列不同的波
图1中，第1列波在1秒内经历3个周期，第2列波在1秒内经历1个周期，在1秒内二列传播相同距离，所以波速相同，仅仅第2列波的波长是第1列的3倍。
利用这种方法，很容易测得声波的传播速度。但直接用来测量光波的传播速度，还存在很多技术上的困难，主要是光的频率高达1014Hz，目前的光电接收器中无法响应频率如此高的光强变化，迄今仅能响应频率在108Hz左右的光强变化并产生相应的光电流。
2）利用调制波波长和频率测速度
如果直接测量河中水流的速度有困难，可以采用一种方法，周期性地向河中投放小木块(f)，再设法测量出相邻两小木块间的距离(λ)，侧依据公式(1)即可算出水流的速度来。
周期性地向河中投放小木块，为的是在水流上作一特殊标记。我们也可以在光波上一些特殊标记，称作“调制”。调制波的频率可以比光波的频率低很多，就可以用常规器件未接收。与木块的移动速度就是水流流动的速度一样，调制波的传播速度就是光波传播的速度。调制波的频率可以用频率计精确的测定，所以测量光速就转化为如何测量调制波的波长，然后利用公式（1）即可算得光传播的速度了。
三、实验仪器
1. 主要技术指标
仪器全长:0.8m 可变光程:0～1m
移动尺最小读数：0.1 mm 调制频率:100MHZ
测量精度：≤1％（数字示波器测相）
≤2％（通用示波器测相）
2. 仪器结构
光学电路箱、带刻度尺燕尾导轨、带游标反射棱镜小车、示波器/相位计
LM2000A光速仪全长0.8M，由电器盒、收发透镜组、棱镜小车、带标尺导轨等组成。
四、实验内容
1. 回忆和熟悉示波器面板上各按键和旋钮的作用，以及它们的操作方法；
2. 调整光路，使光路处于正确的工作状态，使示波器屏幕上显示的波形清晰；
3. 连接测频计，用测频计正确把调制波频率读出；
4. 调节示波器，使示波器屏幕上显示的波形个数尽量在1个一下，甚至在半个左右，然后完成定标工作（即确定示波器上一小格代表的位相值）；
5. 等距离测 法（自行设计表格）：移动棱镜小车，在导轨上取10个等间隔点（见图6.4.10），它们的坐标分别为x0 = 10cm，x1 = x0 +5，…x10= x9 + 5，x1―x0 = D1，…x10 - x0 = D10，由示波器依次读取与距离D1，D2，…D10相对应的相移量j1，j2，…j10。Di与ji间有： ，求得l 的平均值后，利用 得到光速c； 注意：操作时移动棱镜小车要快、准，如果两次x0位置时的相位读数值差0.1°以上，需重测；
6. 等相位测 法（自行设计表格）：在示波器的x方向上从左到右每隔2个小格取一个相位点，共取9个相位点，分别为j1，j2，…j9。在导轨上取x0 =10cm作为起始点，并在示波器上找出信号相位波形上一特征点作为相位差0°位，拉动棱镜至第一个相位点时停，迅速读取此时的距离值作为x1，依次读取与相移量j1，j2，…j9相对应的距离D1，D2，…D9，由 ，求得 （求平均值）后，利用 得到光速c；注意：操作时移动棱镜小车要快、准，如果两次相位差0°位时的距离读数值误差超过1mm以上，需重测；
处理数据，将测量得到的光速值与理论值之间求相对误差。
五、预习要求
复习示波器的调整和使用方法。
了解光调制的一般性原理及相关知识。
六、预习题
1. 光速理论值是多少？
2. 试找出几种与光速相关联的其他物理量？
3. 有几种测量光速的方法？
七、实验操作中的重点、难点、注意事项
操作中的重点、难点：示波器的定标
注意事项：（1）电子仪器都有一个温飘问题，光速仪和频率计需预热半小时再进行测量。（2）调制波是用温补晶体振荡器产生的，频率稳定度很容易达到10-6，所以在预热后正式测量前测一次就可以了。
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时间：2022-06-26 05:50
