超声光栅测声速

超声光栅测声速实验目的1、了解超声光栅产生的原理。2、掌握用超声光栅测量超声波速度的方法。3、通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其概念的理解实验仪器超声光栅声速仪、分光计、酒精、高压汞灯、测微目镜实验原理超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性变化，促使液体的折射率也相应的作周期性变化，形成疏密波。此时如有平行单色光沿垂直超声波方向通过这疏密相间的液体时，就会被衍射，这一作用，类似于光栅，所以叫超声光栅。小振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和和反射面之间的的疏密程度，某时刻，驻波的任一波节两边的质点都涌向这一点，使该节点附近形成密集区，而相邻波节处为点稀疏处； 集区。在这些驻波中，稀疏区使液体的折射率减小，而压缩作用使液体折射率增加，在距离等波长A 的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如上图所示。过液体后在原先的波阵面上产生相应的周期变化的位相差， 在某特定方向上，射光束会相干加强（或减弱），产生衍射，经透镜聚焦后，即可在焦平面上观察到衍射条纹。根据光栅方程可得kAsin k （k=0，±1，±2，±3,…）kkk式中为第k级衍射光的衍射角，当角很小时，有：kkksink

为光波波长。其中dk为衍射光谱上零级至k级的距离，f为透镜L2的焦距。分幻扳可以认为各级条纹是等间距klkfk分布的。则超声波波长为kkk其中lk

sin液槽中传播的超声波的频率v可由超声光栅仪上的频率计读出,液体中传播的速度为

则超声波在l.vfAvlk因此，利用超声光栅衍射可以测量液体中的声速。实验内容1、分光计的调节：用自准法调节望远镜聚焦于无穷远，调节望远镜主轴垂（采用低压汞灯作光源）。2、将酒精注入液体槽内，液面高度以液体槽侧面的液体高度刻线为准。连接好液槽上的压电陶瓷片与高频功率信号源上的连线， 将液槽放置到分光计的载槽内超声波传播方向垂直。3、衍射条纹调节调节准直管套筒，使狭缝像与分划板调整叉丝竖线重合。调节高频功率信号源的频率，使可以观察到土2级衍射条纹，调节狭缝宽度调节螺丝使衍射条纹最细，固定望远镜。4、将望远镜目镜换成测微目镜，前后移动测微目镜使衍射条纹最清晰，旋转测微目镜，使目镜视场中分划板标尺与衍射条纹平行，固定测微目镜。5、相邻条纹间距的测量（1将测微目镜分划板标尺移至-2级黄光衍射条纹左侧，单向移动标尺，逐次测出--2、-1012级条纹位置。重复（1）操作，分别对绿光、蓝光进行测量。L数据记录与处理实验原始数据已知数据由实验数据及测量公: f170mm汞灯波长汞蓝光435.8nm汞绿光546.1nm汞黄光578.0nm环境条件10环境条件10C黄光绿光蓝光k级条纹位置l/mmk士击声速cvflk1278.561285.441481.72（实验值）/m-1声速（理论值：C2HOH5121620C）/m-1百分误差S5.14%5.71%21.85%入=578.0nmk=546.1nmk=435.8nm-22.0602.1502.570-12.8603.0103.20003.7103.7103.71014.5204.5004.31025.3805.3404.680相邻条纹间距.（ll ）（ll ）l1 2 2 1 k/mm0.830.780.54频率v/MHz10.80透镜焦距f/mm170误差分析1、仪器误差2、由于实验者原因，对于读数产生的误差3、实验环境条件（温度、气压等）造成的误差注意事项锆钛酸铅陶瓷片未放入有媒质的液体槽前，禁止开启信号源。11MHz左右，WSG-I9.5-12MHZ12个单位数的变动。实验时间不宜太长。特