用超声光栅测定液体中的声速实验报告(2)

本实验采用喇曼-奈斯衍射 如图 3 所示。平行光垂直入射光栅时将产生多级衍射光且各级衍射极大即衍射光强度为最大的位置对称地分布在零级极大位置的两侧。设第 k 级衍射极大对应的衍射角为θ k则有 式中λ 为光波波长。超声波在介质中传播的速度为 ...3,2, 1,0sinkkks fvss 超声光栅实验的原理如图 4 所示。 在超声光栅盒中的压电晶体两端加高频电压 压电晶体在交变电场作用下发生周期性的压缩伸长 即产生机械振动。 当外加交变电场频率达到压电晶体的固有频率时晶体会发生共振现象这时机械振动的振幅达到最大值。超声波从晶体表面发射经过待测介质如水后在超声盒的反射器反射适当调节压电晶体与反射器之间的距离在液体中发射波与反射波叠加形成驻波构成超声光栅。 四、 实验内容及步骤 1调节分光计到正常测量状态。 2按照图 4 将线路连接好在超声光栅盒中加入适当的水将超声光栅盒放在分光计的载物台上使超声波的传播方向与入射波垂直。 3确定高频电压的频率。适当调节高频电压的频率微微调节压电换能器与反射器之间的距离以便观察最佳的衍射条纹。

4测量高频电压频率和衍射条纹的衍射角并测出待测液体的温度。 五、 数据记录m m m 2mmm MHzs mssmsin vsssvvv 左游标 紫1 263°15 黄1 263°18 紫2 263°25 黄2 263°30 紫1 262°55 262°50 262°41 262°35 82°55 82°50 82°41 82°34 0°10 0°14 0°22 0°28 0°10 0°14 0°22 0°28 10.44 1471.8 1423.3 1364.3 1538.4 1471.6 1424.2 1392.7 1487.2 25.0 23.5 82.3 91.6 25.0 22.4 54.1 40.6 右游标 83°15 83°18 83°25 83°30 黄1 紫2 黄2 液体温度℃21.2°C sv1446.7 sv45.6 纯水中声速与温度的关系式为 smTTv/740245.015572 由此得出 v21.2°C=1486.5m/s 六、 结论 实验中测得的声速为 1486.5m/s,利用公式计算出的结果为 1485.558m/s相对误差为 0.06%.