超声光栅-实验报告

1、实验名称：超声光栅测声速实验实验目的：了解超声光兰产生的原理。2了解生波如何对光信号进行调解3通过对液体（非电解质）中声速的测定 ，加深对其概念理解。实验仪器：WSG-型超声光栏声速仪实验原理光波在传播时被超声波衍射的现象，称为超生致光效应亦称声光效应）。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。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可以形成驻波。由于驻波小振幅可以达到单

2、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，而相邻波节处为质点稀疏处；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，在距离等于波长的两点，液体的密度相同，折射率也相等，单色平行光沿着垂直于超声波传播方向上通过上述液体时，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，槽中的液体就相当于一个衍射光栅。当平行光通过超声光栅时，光线衍射的主极大位置由光栅方程决定。

3、 （k=0，1，2，） 实际上由于 角很小，可以认为： （2）其中 为衍射零级光谱线至第k级光谱线的距离，f为L2透镜的焦距，所以超声波的波长 （3）超声波在液体中的传播速度： （4）式中 为信号源的振动频率。实验步骤： 1用自准法调分光计的望远镜对平行光（即无限远）聚焦，成像在分划板上。（1）先目测，调节载物台，望远镜筒，平行光管都初步达到共轴、水平状态，为进一步细调打下基础。（2）将平面镜放在载物台上，并与望远镜光轴目测垂直，点亮分光计的小灯，转动目镜，先看清晰分划板上的叉丝，再伸缩目镜筒，使十字窗的像十分清晰，并且用视差法检查（上下左右移动眼睛，像与十字叉丝无相对位移），使十字窗及其反射

4、像与分划板叉丝无视差。由自准直原理可知，望远镜已调焦至无限远。采用低压汞灯做光源。将蒸馏水（试验中用自来水代替）注入液体槽，最高液面以槽侧面刻线为准。4,将此液体槽(可称其为超声池)放置于分光计的载物台上,放置时,使超声池两侧表面基本垂直于望远镜和平行光管的光轴; 5,两支高频连接线的一端各插入液体槽盖板上的接线柱,另一端接入超声光栅仪电源箱的高频输出端,然后将液体槽盖板盖在液体槽上; 6,开启超声信号源电源,从阿贝目镜观察衍射条纹,细微调节旋钮(2),使电振荡频率与锆钛酸铅陶瓷片固有频率共振,此时,衍射光谱的级次会显著增多且更为明亮; 7,如此前分光计已调整到位,左右转动超声池(可转动分光计

5、载物台或游标盘,细微转动时,可通过调节分光计图中(15)螺钉实现),能使射于超声池的平行光束完全垂直于超声束,同时观察视场内的衍射光谱左右级次亮度及对称性,直到从目镜中观察到稳定而清晰的左右各3-4级的衍射条纹为止; 8,按上述步骤仔细调节,可观察到左右各3-4级以上的衍射光谱; 9,取下阿贝目镜,换上测微目镜,调焦目镜,使清晰观察到的衍射条纹.利用测微目镜逐级测量其位置读数(例如:从-3, ,0, ,+3),再用逐差法求出条纹间距的平均值. 10,声速计算公式为: kclfV=/ 式中:-光波波长;-共振时频率计的读数;f-望远镜物镜焦距(仪器数据);lk-同一种颜色的衍射条纹间距. 数据记

6、录与处理表一，微测目镜中衍射条纹位置读数（mm）色级3-2-10123黄0285091016802382317139104710绿029110111730312538584598蓝064112421835296835604120-思考题1.用逐差法处理数据的优势是生么？答：用逐差法可以提高实验数据的利用率，减小了随机误差的影响，另外也可减小中仪器误差分量，因此是一种常用的数据处理方法。 有时为了适当加大逐差结果为个周期，但并不需要逐差出个数据，可以连续测量 n个数据后，空出若干数据不记录，到时，再连续记录 n个数据，对所得两组数据进行逐差可得。2. 能否用拿光做光源？答：不能。这于光源的显色性有关。 一般定义日光显色性为100，而越接近100的则越接近日光，但目前人类还无法制造出达到100的光源 钠灯的显色很差的，这是钠的特性决定的，他就是黄光，显色大概只有20-40左右。而高压汞灯通常为50-60左右，超高压汞