超声光栅测量声速

班级：姓名：同组者：实验名称：超声光栅与液体中声速的测量实验目的观察并体会液体中超声光栅衍射现象。学习一种测定透明液体中声速的方法。了解产生超声波的方法。实验原理超声波在液体中以纵波形式传播，在波前进的路上，液体被周期压缩与膨胀，其密度产生周期性变化，形成所谓的疏密波。对任意波节而言，它两边的质点在某一时刻纷纷涌向节点，使波节附近成为质点密集区，半周期后，节点两边的质点又向左右散开，使波节附近成为稀疏区。因为液体对光的折射率与液体的密度有关系，所以随着液体密度周期性变化，其折射率也在周期性变化。液体中折射率周期性变化的区域起到了与光学平面光栅相类似的作用。当入射光线与超声波前进方向互相垂直时，发生拉曼-奈斯衍射。光栅常数即为两个相邻疏密部分之间的距离，就是超声波的波长。V=0，1，2.。。。实验中观察到的超声光栅与平面光栅不同，衍射图样缺失高级条纹，而且零级条纹强度较大，这与液槽之间距离有关，距离越大，缺级现象越严重。三．实验仪器WSG-1超声光栅测速仪，光源，分光计，液体槽，测微目镜。四．实验内容（1）分别测量几种液体中声速。测量时注意：提供的液体包括蒸馏水，乙醇，甘油等，对每一种液体，至少测量三级衍射条纹。更换液体时，一定要将液体槽擦拭干净，以免影响测量准确度。由，计算当前温度下不同液体中声速V，与测量值比较，求取相对不确定度，并分析误差产生原因。（为温度系数）（2）配置几种不同浓度的蔗糖溶液，分别测量其中声速，绘制声速与溶液关系曲线。配置溶液时，应保证溶液的洁净度，悬浮颗粒的存在会极大影响实验测量效果。五．数据处理与分析由公式，k=1,F=170mm,=589.3nm.蒸馏水f=10.52MHZ,dk=1.41mm则V=1494.68m/s2．纯酒精f=10.69MHZ,dk=1.74mm则V=1230.80m/s3．酒精：水（2：1）f=8.93MHZ,dk=1.71mm则V=1252.54m/s4．酒精：水（4：1）f=9.16MHZ,dk=1.87mmV=981.4m/s5.酒精：水(1:4)f=11.13MHZ,dk=1.32mmv=1689.38m/s6.酒精：水(1:9)f=10.57MHZ,dk=1.34mmv=1580.44m/s7.酒精：水(10:1)f=11.14MHZ,dk=2.29mmV=963.42m/s8.酒精：水(1:1)f=10.58MHZ,dk=1.64mmV=1292.56m/s9.酒精：水(1:2)f=10.81MHZ,dk=1.31mmV=1653.34m/s误差分析：实验误差主要有:1、仪器误差2、由于实验者原因，对于读数产生的误差3、实验使用的不是纯净水，产生的误差4、实验环境条件（温度、气压等）造成的误差纵坐标声速，横坐标酒精浓度比由图表可看出，随着酒精浓度的增加，声速先上升到极大，后到达极小。六．思考题1．超声光栅与平面衍射光栅有何不同？答：超声光栅：由超声波在液体中产生的光栅作用称作超声光栅。平面衍射光栅：普通的光线衍射光栅光波在介质中传播时被超声波衍射的现象称为超声致光衍射（亦称声光效应）。超声波作为一种纵波在液体中传播时，其声压使液体分子产生周期性的变化，促使液体的折射率也相应地作周期性的变化，形成疏密波。此时，如有平行单色光垂直于超声波传播方向通过这疏密相同的液体时，就会被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声衍射。单色平行光λ沿着垂直于超声波传播方向通过上述液体时，因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条纹。这种现象与平行光通过透射光栅的情形相似。因为超声波的波长很短，只要盛装液体的液体槽的宽度能够维持平面波（宽度为τ），槽中的液体就相当于一个衍射光栅。2．相邻波腹间和相邻波节间的距离等于半波长，为什么超声光栅的光栅常数等于超声波的波长呢？答：超声波作为一种纵波在液体中传播时，其声压使液体分子产生周期性的变化，促使液体的折射率也相应地作周期性的变化，形成疏密波。此时，如有平行单色光垂直于超声波传播方向通过这疏密相同的液体时，就会被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声衍射。超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。在一定条件下，前进波与反射波叠加而形成超声频率的纵向振动驻波。由于驻波的振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和反射面之间液体的疏密变化程度。某时刻，纵驻波的任一波节两边的质点都涌向这个节点，使该节点附近的成为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏区