超声光栅测声速实验报告

实验名称：超声光栅测声速实验

实验目的：

１．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-ｌ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Ａ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。

（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。用超声光栅测量声速

4 、瞄准与读数： ① 目镜对光：目镜调焦使十字丝清晰。旋转读数显微镜的目镜套，使度盘及分微尺的刻划清晰。

２．采用低压汞灯做光源。

３．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

两端继续同步进油，为了保证两端尽量同步，采用两端分级控制{10、15、 20、25、30、35……设计张拉吨位油压表读数（mpa）}当两端油压上升至设计吨 位读数时，再次测量伸长量标记的终读数，并记录、计算实际伸长量。分压器是现场测量用的专用仪器仪表，既可测量直流高压的平均值，又可测量交流高压的有效值，整个设备由分压器和测量仪表两部分组成。