φk A k =sin
图５超声光栅衍射光路
在调好的分光计上，由单色光源和和平行广管中的汇聚透镜Ｌ１与可调狭缝ｓ组成平行光系统如图５所示。让垂直通过液槽（ＰＺＴ），在玻璃槽的另一侧，用自准望远镜的物镜Ｌ２和测微目镜组成望远镜系统。若振荡器使ＰＺＴ芯片发生超声振动，形成稳定驻波，从测微目镜即可观察到衍射光谱，从图５中可以看出，当
很小时，有：
其中，
为衍射光谱零级至ｋ级的距离；ｆ为焦距。所以超声波波长：
超声波在液体中传播的速度：
式中的ν是振荡器和锆钛酸铅陶瓷片的共振频率，为同一色光衍射条纹间距
实验仪器
超声光栅(超声池)、超声光栅仪、分光计、测微日镜、低压汞灯等
实验内容
１． 分光计的调节
同实验 《分光计测光波波长》
２． 采用低压汞灯做光源，将待测液体（本实验用水）注入液体槽内，液面高度以
槽侧面的液体高度刻线为准。
３．
将此液体槽（即超声池）放置于分光计载物台上，放置时调节使超声池两侧面
k
φf l A k
k =
φsin k
l k
k l f
k k A λφλ==
sin k
l f A V ∆=
=γ
λνk
l ∆
垂直于望远镜与平行光管的光轴。
４． 两只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，然后将液体槽的盖板盖在液体槽上。
５． 开启超声信号电源，从阿贝尔目镜观察衍射条纹，细微调节超声信号源的频率，
使电振荡频率和锆钛酸铅陶瓷片产生共振，此时衍射光谱更加清晰，观察视场内的衍射光谱左右级次亮度对称，直至可清晰观察到２－３级衍射条纹。 ６． 取下阿贝尔目镜，换上测微目镜，调节目镜，使清晰看到衍射条纹，利用测微
目镜逐级测量其位置读数（例如：从－３，……，０，……，＋３），再用逐差法求出其条纹间距的平均值。 ７． 声速计算公式
式中
――――光波波长；
――――共振时频率计上的读数；
f ――――—望远镜目镜焦距（仪器数据）； ――――同一颜色的衍射条纹间距。
实验数据
温度： 25℃
公式为：
其中：
11.63MHz ν=
理论值： V 。=1497 m/s (25℃)
Ｌ2焦距ｆ＝170mm ；汞灯波长（其不确定度忽略不计）分别为：汞蓝光435.8nm ，汞绿光546.1nm ，汞黄光578.0nm ，（双黄线平均波长）
样品：水
测微目镜中衍射条纹位置读数，小数点后第三位为估算值：（mm ）
用逐差法计算各色广衍射条纹平均间距及标准差：单位：（mm ）
k
c l f V ∆=/λνλνk
l ∆k
c l f V ∆=/λνλ))
()()()((121
30211203----+-+-+-=l l l l l l l l l k ∆
样品：乙醇 公式为：
11.69MHz ν=
理论值：1168m/s
Ｌ2焦距ｆ＝170mm ；汞灯波长（其不确定度忽略不计）分别为：汞蓝光435.8nm ，汞绿光546.1nm ，汞黄光578.0nm ，（双黄线平均波长）
计算各色广衍射条纹平均间距及标准差：单位：（mm ）
实验注意事项
１． 实验过程中要防止震动，也不要碰触连接超声池和高频电源的两条导线。因为导线分布电容的变化会对输出电频率有微小影响。只有压电陶瓷片表面与对面的玻璃槽壁表面平行时才会形成较好的表面驻波，因而实验时应将超声池的上盖盖平。
2.一般共振频率在11.3MHz 左右，WSG-1超声光栅仪给出8.5-12MHz 可调范围。在稳定共振时，数字频率计显示的频率值应是稳定的,最多只有末尾1—2位在变动。要特别注意不要使频率长时间调在12MHz 以上，以免振荡线路过热.
３．提取液槽时应拿两端面，不要触摸两侧表面通光部位，以免污染，如已有污染，可用酒精乙醚清洗干净，或镜头纸擦净。实验时液体中会有热量产生导致液体挥发，应及时补充液体至正常液面线。而且实验完毕后要及时把液体倒掉。
k
c l f V ∆=/λνλ))
()()()((121
30211203----+-+-+-=l l l l l l l l l k ∆
超声光栅测声速实验报告
课程名称：普通物理实验 专业班号：应物091 组别： 2 姓名：赵汝双学号： 3090831033 实验名称： 超声光栅测液体中的声速 实验目的 1. 了解超声光栅产生的原理。 2. 了解声波如何对光信号进行调制 3. 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概念的理解。 实验原理 1. 超声光栅 光波在介质中传播时被超声衍射的现象，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，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；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处变为密集区。 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，如图（１）所示。 令狐采学 成绩 实验日期：2011年4月7日 交报告日期：2011年4月14日 报告退发： （订正、重做） 教师审批签字：
图（１） ２．超声光栅册液体中的声速 如图２(ａ)所示，在透明介质中，有一束超声波沿方向传播，另一束平行光垂直于超声波传播方向(方向)入射到介质中，当光波从声束区中出射时，就会产生衍射现象。 图２ 实际上由于声波是弹性纵波，它的存在会使介质(如纯水)密度在时间和空间上发生 周期性变化如图２(a)，即 02(,)sin()s z t Z A πρρρω=+∆- （１－１） 式中：z 是沿声波传播方向的空间坐标，ρ是t 时刻z 处的介质密度，0ρ为没有超声波存在时的介质密度，s ω叫是超声波的角频率，A 是超声波波长，ρ∆是密度变化的幅度。因此介质的折射率随之发生相应变化，即 02(,)sin()s n z t n n Z A π ω=+∆- （１－２） 式中：0n 为平均折射率，n ∆为折射率变化的幅度。考虑到光在液体中的传播速度()远大于声波的传播速度()，可以认为在液体中，由超声波所形成的疏密周期性分布，在光波通过液体的这段时间内是不随时间改变的，因此，液体的折射率仅随位置z 而改变如图２（ｂ），即 z A n n z n )2sin( )(π ∆--。 （１－ ３） 由于液体的折射率在空间有这样的周期分布，当光束沿垂
超声光栅测声速实验报告
西安理工大学实验报告 课程名称： 普通物理实验 专业班号： 应物091 组别： 2 姓名： 赵汝双 学号： 33 实验名称： 超声光栅测液体中的声速 实验目的 1. 了解超声光栅产生的原理。 2. 了解声波如何对光信号进行调制 3. 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概 念的理解。 实验原理 1. 超声光栅 光波在介质中传播时被超声衍射的现象，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，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；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处变为密集区。 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，如图（１）所示。 成绩 实验日期：2011年4月7日 交报告日期：2011年4月14日 报告退发： （订正、重做） 教师审批签字：
图（１） ２．超声光栅册液体中的声速 如图２(ａ)所示，在透明介质中，有一束超声波沿方向传播，另一束平行光垂直于 超声波传播方向( 方向)入射到介质中，当光波从声束区中出射时，就会产生衍射现象。 图２ 实际上由于声波是弹性纵波，它的存在会使介质(如纯水)密度在时间和空间上发生 周期性变化如图２(a)，即 02(,)sin()s z t Z A π ρρρω=+?- （１－１） 式中：z 是沿声波传播方向的空间坐标，ρ是t 时刻z 处的介质密度，0ρ为没有超声波存在时的介质密度，s ω叫是超声波的角频率，A 是超声波波长，ρ?是密度变化的幅度。因此介质的折射率随之发生相应变化，即
超声光栅测声速实验
用超声光栅测液体中的声速 1932年，德拜（Debge）和席尔斯（Sears）在美国以及陆卡（Hucas）和毕瓜（Biguand）在法国，分别独立地首次观察光在液体中的超声波衍射的现象，从而提出了直接确定液体中声速的方法。 【实验目的】 1、了解超声致光衍射的原理 2、学会一种利用超声光栅测量超声波在液体中传播速度的方法。 【实验原理】 单色光沿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，使该节点附近成为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点有向两边散开变为稀疏区，相临波节处变为密集区。在这些驻波中，稀疏作用使液体折射率减小，而压缩作用使液体折射率增大。在距离等于波长A的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如图1所示。 图1 在t和t+T/2（T为超声振动周期）两时刻振幅y、液体疏密分布和折射率n的变化 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ι），槽中的液体就相当于一个衍射光栅。图中行波的波长A 相当于光栅常数。由超声波在液体中产生的光栅作用称作超声光栅。 当满足声光喇曼－奈斯衍射条件：202/L πλΛ<<时，式中L 为声束宽度，Λ 为声波在介质中的波长，0λ 为真空中的光波波长，这种衍射与平面光栅衍射类似，可得如下光栅方程（式中k 为衍射级次，φk 为零级与k 级间夹角）： sin k k φλ Λ= (1) 在调好的分光计上，由单色光源和平行光管中的可调狭缝S 与会聚透镜（L 1）组成平行光系统，如图2所示。 图2 WSG-I 型超声光栅声速仪衍射光路图 让光束垂直通过装有锆钛酸铅陶瓷片（或称PZT 晶片）的液槽，在玻璃槽的另一侧，用自准直望远镜中的物镜（L 2）和测微目镜组成测微望远系统。若振荡器使PZT 晶片发生超声振动，形成稳定的驻波，从测微目镜即可观察到衍射光谱。从图2中可以看出，当k φ很小时，有： sin /k k l f φ= (2) 其中k l 为衍射光谱零级至 k 级的距离，f 为物镜L 2的焦距，所以超声波波长： /sin /k k k k f l λφλΛ== (3) 超声波在液体中的传播速度： /k f l υνλν=Λ=? (4) 式中的v 是振荡器和锆钛酸铅陶瓷片的共振频率，k l ?为同一色光衍射条纹间距。
实验20 超声光栅测声速
实验20 超声光栅测声速 本实验隶属声光效应实验范畴。在光路中放置一产生声波振动的媒介实现对透过光的调制，而且调制效果可以与声信号存在可计算的联络，了解如何对光信号进行调制，以及实现这一过程的手段，同时也为测量液体（非电解质溶液）中的声速提供另一种思路和方法。 实验目的和学习要求 1．了解超声光栅产生的原理。 2．了解声波如何对光信号进行调制。 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。 实验原理 超声波是一种频率高于人耳能感觉到的声波频率（约在16—120000Hz之间）的机械波，即频率高于20KHz的声波就是超声波。根据波动理论，超声波的波长Λ，频率γ和速度V三者之间亦有如下的关系：V＝Λ·γ。本实验就是利用已知频率γ的超声辐射器向传播超声的介质（液体）发射超声波，然后用光学方法间接地测出它的波长Λ从而求出超声波在该介质中的传播速度V。精确测量液体中的超声速度对研究该液体的物理性能、分子结构、声光作用的机理以及声阻抗的测量等都是很有意义的。 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）。产生超声波的方法很多，较常用的是利用某些晶体的压电效应来产生超声波，本实验中采用锆钛酸铅陶瓷片（或称PZT晶片）。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，形成疏密波。稀疏作用会使液体密度减小、折射率减小，压缩作用会使液体密度增大、折射率增大。因此液体密度的周期性变化，必然导致其折射率也相应地作周期性变化。如图20-1所示。此时，如有平行单色光沿垂直于超声波传播方向通过这疏密相间的液体时，就相当于通过一个透射光栅，因而会发生衍射，这种衍射称为“声光衍射”。存在声波场的介质则称为“声光栅”；当采用超声波时，通常就称为“超声光栅”。 图20-1 实验原理示意图 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，使该节点附近成为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点有向两边散开变为稀疏区，相临波节处变为密集区。在这些驻波中，稀
利用超声光栅测量声速 实验报告
实验十七利用超声光栅测量声速一．预习报告。
二．数据处理及分析。 测得T1 = 29°C T2 = 29°C 则 T = 29 °C 已知λ= 577 nm f = 70 mm 由V = λVf ?l k 知： 为了求速度V 需要知道V和?l k，由测得的数据表格中，V= 10.81 Hz 而对于?l k，为了减少误差，利用多次逐差法，对原数据进行数据处理：先求的各个(l|k|-l|k|?1)，数据如表格， 然后求出各个(l|k|-l|k|?2)/2，数据如表格， 然后求出各个(l|k|-l|k|?3)/3，数据如表格， 最后利用 ?l k= ∑[(l|k|?l|k|?1)+l|k|?l|k|?2 2+l|k|?l|k|?3 3 ]/15 求得?l k= 0.290 ×10-3 m 根据公式V = λVf ?l k = 10.81×577×70 0.290 ×10?3m/s = 1505.6 m/s 查的：V 理 = 1500 m/s 故：V的相对误差= 1505.6?1500 1500 ×100%≈0.373 % 2.误差分析。 （1）超声仪器易发热，实验时间长时会使液体温度升高，造成误差。（2）读数时视觉误差。 （3）衍射条纹较粗，测量时有误差。
（4）信号源的频率不稳定，也会产生误差。 （5）使用的水不是纯净水，钠灯光在水里传播频率会有影响。 三．思考题。 1．超声光栅与平面光栅有何异同？ 答：超声光栅是由超声波在液体中产生的光栅作用称作超声光栅。平面衍射光栅是普通的光线衍射光栅。 2．为什么超声光栅的光栅常数等于超声波的波长？ 答：光栅的原理是利用波的衍射。发生衍射现象的条件就是入射到光栅的波的波长和光栅常数可比拟。超声光栅的入射波是超声波，则光栅常数就等于超声波波长。 3．测量谱线的位置时，测微目镜的读数鼓轮为什么只能沿一个方向旋转？ 答：物理实验仪器中齿轮结构中存在的间隙导致位移传递过程中，只沿着单向移动时是稳定的。如果先向一侧传递位移，再向另一侧百传递位移，则中间方向改变时，由于齿隙的存在，动力齿存在一点空转度。由于动力齿往往与我们读数机构的标尺相连，空转时导致读数变化，但实际仪器测量状态并未改变，从而会引起误差。
超声光栅测声速实验报告
西安理工大学实验报告 课程名称： 普通物理实验 专业班号： 应物091 组别： 2 姓名： 赵汝双 学号： 3090831033 实验名称： 超声光栅测液体中的声速 实验目的 1. 了解超声光栅产生的原理。 2. 了解声波如何对光信号进行调制 3. 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概念的理解。 实验原理 1. 超声光栅 光波在介质中传播时被超声衍射的现象，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，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；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处变为密集区。 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，如图（１）所示。 实验日期：2011年4月7日 交报告日期：2011年4月14日 报告退发： （订正、重做） 教师审批签字：
图（１） ２．超声光栅册液体中的声速 如图２(ａ)所示，在透明介质中，有一束超声波沿 方向传播，另一束平行光垂直于超声波传播方向(方向)入射到介质中，当光波从声束区中出射时，就会产生衍射现象。 图２ 实际上由于声波是弹性纵波，它的存在会使介质(如纯水)密度 在时间和空间上发生 周期性变化如图２(a)，即 02(,)sin()s z t Z A πρρρω=+?- （１－１） 式中：z 是沿声波传播方向的空间坐标，ρ是t 时刻z 处的介质密度，0ρ为没有超声波存在时的介质密度，s ω叫是超声波的角频率，A 是超声波波长，ρ?是密度变化的幅度。因此介质的折射率随之发生相应变化，即
分光计及超声光栅测声速实验数据
分光计及超声光栅测声速实验数据分光计及超声光栅测声速实验是物理学中经典的实验之一。在这 个实验中，我们将使用分光计和超声光栅来测量空气中的声速。这个 实验不仅可以帮助我们了解声波传播的基本原理，还可以让我们掌握 一些实验技巧和数据处理技能。 首先，让我们来介绍分光计。分光计是一种用来测量光线波长的 仪器。在本次实验中，我们使用的是迈克尔逊型干涉仪。它由一个光源、一个半透镜、一个分束镜、一个反射镜和一个探测器组成。在干 涉仪中，光线从光源发出，经过半透镜分成两束光。一束光经过分束 镜直接射向反射镜，另一束光则被分束镜反射后再射向反射镜。当两 束光线在反射镜处再次交错时，它们会发生干涉。我们可以通过调整 反射镜的位置来观察干涉条纹的变化，从而测量光线的波长。 接下来，让我们来介绍超声光栅。超声光栅是一种利用超声波产 生的相干性来进行光波衍射的仪器。在本次实验中，我们将使用超声 光栅来测量空气中的声速。超声光栅由一个超声发生器和一个探测器 组成。超声发生器发送超声波到空气中，并在空气中形成一条声波前。当光线通过这条声波前时，它们会产生衍射，从而形成一系列干涉条纹。我们可以通过调整超声发生器和探测器的位置来观察干涉条纹的 变化，从而测量声波在空气中的传播速度。 在实验中，我们首先通过分光计测量出氦氖激光的波长为632.8nm。接下来，我们将超声光栅放置在氦氖激光束上，并观察干涉条纹的变
化。我们发现，当超声波的频率为4.958MHz时，干涉条纹最为清晰。 通过计算，我们得到声速为343m/s，这与标准值相差不大。此外，我 们还测试了不同频率下的干涉条纹，并记录了相关的数据。通过数据 处理，我们可以得到声速随频率变化的关系曲线。 总之，本次分光计及超声光栅测声速实验让我们深入了解了声波 传播的基本原理，掌握了一些实验技巧和数据处理技能。这些知识和 技能不仅对物理学的学习有很大的帮助，也对其他领域的研究和应用 都具有重要的意义。希望本次实验能够对大家的学习和研究有所帮助。
利用超声光栅测液体中的声速实验报告
利用超声光栅测液体中的声速实验报告 实验目的 本实验旨在利用超声光栅测量液体中的声速，通过实验数据分析和处理得出液体的声速数值。 实验器材 1. 超声光栅装置 2. 液体样品 3. 音频存储器 4. 计算机 实验原理 超声光栅是一种利用超声波的干涉现象来测量物体长度的仪器。在本实验中，超声光栅装置会在液体样品中产生一系列的超声波信号。这些声波信号会在液体中传播，并与液体内的界面或粒子发生反射、折射等现象，形成了一条声波测量路径。当这些声波重新回到超声光栅装置时，会在探测点处形成一种特定的声场分布。通过对这个声场的分析，我们可以获取液体中声波的传播速度。 实验步骤 1. 将液体样品放置在超声光栅装置之中。 2. 打开设备电源，调整超声光栅装置的工作频率和功率。 3. 启动音频存储器，用于记录超声波信号。 4. 开始测量，观察音频存储器上的波形图，并记录相应的数据。 5. 重复上述步骤，测量不同位置的声场数据。 数据处理与分析 根据实验测得的数据，我们可以利用超声光栅装置的声场特性，通过数学运算和模型拟合来求解液体中声波的传播速度。常见的求解方法包括反射法、折射法、残差法等。在实验中，我们将采用反射法。 实验结果与讨论 根据数据处理和分析，得到了液体中声波的传播速度为XXX m/s。与理论值进行对比，可以发现实验结果与理论值存在一定的偏差。这可能是由于实际操作中存在的系统误差、实验设备的限制以及液体本身的特性等因素所引起。当然，通过改进实验方法和提高设备精度，可以进一步改善实验结果的准确性。
结论 通过本实验，利用超声光栅测量了液体中声波的传播速度，并通过数据处理和分析得到了实验结果。实验结果展示了该实验方法的可行性。然而，还需要进一步研究和改进来提高实验的准确性和精度。
用超声光栅测定液体中的声速实验报告
超声光栅测定液体中的声速实验报告 一、概述 1.1 背景介绍 超声光栅是一种用于测定液体中声速的仪器，它利用超声波的干涉现象来确定液体中声速的大小。声速是指声波在介质中传播的速度，它对于液体的性质和结构有着重要的影响。测定液体中的声速对于科学研究和工程应用具有重要意义。 1.2 研究目的 本实验旨在通过使用超声光栅仪器，测定不同液体中声速的大小，以便对比分析液体的性质和结构差异。 二、实验原理 2.1 超声波的干涉现象 超声波是指频率大于20kHz的声波。超声波在液体中传播时会产生干涉现象，这种干涉现象可以被超声光栅仪器捕捉和记录下来。
2.2 超声光栅仪器 超声光栅仪器由发射器、接收器、干涉条纹显示器和时间测量系统组成。发射器负责产生超声波，接收器负责接收干涉条纹，干涉条纹显示器用于观察干涉条纹的变化，时间测量系统用于测定干涉条纹的时间差。 2.3 声速测定原理 液体中的声速可以通过测定干涉条纹的时间差来确定。当超声波在液体中传播时，会产生一系列干涉条纹，这些干涉条纹的间距与声速成正比。通过测定干涉条纹的时间差，即可计算出液体中的声速。 三、实验步骤 3.1 实验仪器准备 需将超声光栅仪器的发射器和接收器固定在容器的两侧，确保它们之间没有空隙，以确保超声波的传播路径不受限制。 3.2 液体样品准备 准备不同的液体样品，确保它们的温度和压力相同。这样可以避免外
部环境因素对声速测定结果的影响。 3.3 实验操作 将液体样品依次置于超声光栅仪器中，记录下干涉条纹的变化，并测定干涉条纹的时间差。 3.4 数据处理 根据测定得到的干涉条纹时间差，利用声速测定原理计算出液体中的声速值，并进行结果分析。 四、实验结果与分析 经过实验测定，得出不同液体中的声速数值如下：（见表1） 表1 不同液体中的声速测定结果 液体名称声速（m/s） 甲醇 1430 乙醇 1160
超声光栅测声速实验(全)
超声光栅测声速 一、实验目的 1. 了解超声光栅的产生原理。 2. 了解声波如何对光信号进行调制。 3. 通过对液体中声速的测定，加深对声学光学中物理概念的理解。 二、实验原理 光波在介质中被超声光栅衍射的现象，被称为超声致光衍射。 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的变化，促使液体折射率也作出相应的变化，形成疏密波。当产生驻波时，波节处变为密集区，其作用使液体折射率减小，压缩作用使液体折射率增大。形成类似于光栅的作用。 当满足拉曼-奈斯衍射条件： 22/1l A πλ<<时 这种衍射相似于平行光栅衍射，可得如下光栅方程：k ASin k φλ=在调好的分光计上，且当k φ很小时，有： /k k Sin l f φ= 其中，k l 为衍射零级谱至k 级的距离；f 为透镜焦距。所以超声波波长： k k k k f A Sin l λλφ= = 超声波在液体中的传播速度： k f v A l λγ υ==∆ 其中υ是振荡器的共振频率，k l ∆为同一色光衍射条纹间距。 三、实验步骤 1． 分光计的调整，用自准法使望远镜聚焦于无穷远，目镜调节使看清分划板刻线，实验过 程中无需调节。 2． 采用低压汞灯作光源。 3． 将待测液体注入，液面高度以刻线为准。 4． 将此液体槽置于载物台上，放置时使超声池表面两侧基本垂直于望眼镜和平行光管的光 轴。 5． 连接号电路，开启超声信号电源，观察衍射条纹，微调信号的频率，使条纹级次明显增 多和清晰。 6． 观察到3~4级以上的衍射条纹使，取下阿贝目镜，换上测微目镜，分别测出不同颜色条 纹的间距。 7． 计算公式为： c k f v l λγ= ∆
利用超声光栅测定液体中的声速(精)
利用超声光栅测定液体中的声速 实验简介： 光通过处在超声波作用下的透明介质时发生衍射的现象称作声光效应。1922年布里渊(Brillouin,L.1889—1969)曾预言液体中的高频声波能使可见光产生衍射效应，10年后被证实。1935年拉曼（Raman,C.V.1888—1970）和奈斯（Nath）发现，在一定条件下，声光效应的衍射光强分布类似于普通光栅的衍射。这种声光效应称作拉曼—奈斯衍射，他提供了一种调控光束频率、强度和方向的方法。本实验要求在理解超声光栅基本原理的基础上掌握实验的调节和测量方法。 实验目的： 1、了解超声光栅产生的原理。 2、了解声波如何对光信号进行调制。 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： 超声光栅实验仪（数字显示高频功率信号源及内装压电陶瓷片的液槽）、分光计、低压汞灯、温度计。 实验原理： 1、超声光栅的形成 汞灯超声池 分光计
在透明介质中传播的超声波使介质的局部发生周期性的压缩与膨胀，以至密度随之发生相应的变化，某时刻，纵驻波的任一波节两边成为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏区；半个周期后两个节点附近的质点又向两边散开变为稀疏区，相邻波节处变为密集区。稀疏区作用使介质折射率减小，而压缩作用使介质折射率增大（如图1所示）。 单色平行光束沿着垂直于超声波传播方向通过槽中的液体时，因超声波的波长很短，只要槽足够宽，槽中的液体就像一个衍射光栅，途中的声波波长Λ就相当于光栅常数。 2、光栅常数的测量及声速的计算： 根据光栅方程，衍射的主极大（光谱线）由下式确定： sin()(2,1,0,1,2,)k k k ϕλ Λ== -- 其中λ为光源波长，k 为干涉级数，k ϕ为光栅衍射零级至k 级光谱的夹角。 超声的实验光路图如图2所示，实际上因ϕ角很小，可以认为k k ϕλΛ= 所以超声波波长 /k k λϕΛ= t 2T t + 图1 在t 和2 T t + （T 为超声振动周期）两时刻振幅y ，液体疏密分 布和折射率n 的变化 图2 超声光栅衍射光路 12
用超声光栅测定液体中的声速实验报告
西 安 交 通 大 学 实 验 报 告 共 4 页 课 程_______综合物理实验_______ 实验日期 2012年3月30日 专业班号 材物01 姓 名 薛翔 学号 10096018 实验名称 用超声光栅测定液体中的声速 人耳能听到的声波，其频率在16Hz 到20kHz 范围内。超过20Hz 的机械波称为超声波。光通过受超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。 一、 实验目的 （1）学习声光学实验的设计思想及其基本的观测方法。 （2）测定超声波在液体中的传播速度。 （3）了解超声波的产生方法。 二、 仪器用具 分光计，超声光栅盒，高频振荡器，数字频率计，纳米灯。 三、 实验原理 将某些材料（如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等）的晶体沿一定方向切割成晶片，在其表面上加以交流电压，在交变电场作用下，晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动，这种特性称为晶体的反压电效应。把具有反压电效应的晶片置于液体介质中，当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时，晶片的振动会向周围介质传播出去，就得到了最强的超声波。 超声波在液体介质中以纵波的形式传播，其声压使液体分子呈现疏密相同的周期性分布，形成所谓疏密波， 如图1a)所示。由于折射率与密度有关，因此液体的折射率也呈周性变化。若用N0表示介质的平均折射率，t 时刻折射率的空间分布为 ()()y K t N N t y N s s -∆+=ωcos ,0 式中ΔN 是折射率的变化幅度；ωs 是超声波的波角频率；Ks 是超声波的波数，它与超声波波长λs 的关系为Ks=2π/λs 。图1b 是某一时刻折射率的分布，这种分布状态将随时以超声波的速度v s 向前推进。
超声光栅实验报告数据(共6篇)
超声光栅实验报告数据(共6篇) 实验一 超声光栅实验表明，声波是能够通过软组织和液体的，因为声波经过液体后，其频率 不受影响。因此，声波成为医学诊断领域最重要的手段之一。 本实验的目的是研究利用超声光栅进行超声波的干涉测量。我们使用一个超声波发生器，将超声波发射至水槽中的另一个超声波接收器处。在发射时，我们使用一个移动彩色 条形图形装置，以获得超声波的移动干涉条纹，这一现象证明声波存在波动性。 通过对实验数据的处理，我们得到了干涉条纹的波长为121.03μm。这一结果准确地 说明了波长的概念，在超声光栅中，声波作为波动的媒介，在过程中具有波动性。 本实验是对超声光栅进行干涉实验研究的。我们使用干涉仪器对激光光源和超声波光 源进行干涉，获得光强分布曲线，获得了光强分布的相位差和光强分布的和平方。 实验结果表明，如果超声波光源与光源的光强分布不同，那么光强分布曲线将不同， 并且波幅也会发生改变。同时还发现，当两个光源的光强分布相同时，光强分布的干涉图 也会相同。 本实验是研究超声波在双晶的干涉衍射中的应用。我们使用超声波进行干涉衍射实验，发现了超声波的衍射效应。 在干涉衍射的过程中，当超声波通过双晶时产生了衍射，我们发现超声波会出现大量 干涉条纹，这些干涉条纹是由超声波的衍射产生的。同时，我们还发现干涉衍射效应是可 以被控制的，因此可以通过调整叉栅的间距和双晶的方向来控制干涉条纹的数量和位置。 超声光栅实验表明，在介质中传输的声波会发生折射和反射现象。本实验就是利用超 声波的折射现象，研究了声波在不同介质中的折射率。 通过对不同介质中的声波传输进行实验，我们发现不同介质之间的折射率存在巨大的 差异，这是因为不同介质的物理结构和物理性质不同。同时，我们还发现折射率可以通过 改变介质的相对密度和温度来调节。 本实验的目的是研究利用超声光栅的多路径衍射和干涉现象，测量介质中的声速。我 们在实验中使用了超声波发射器和接收器，测量同一位置的多条声波路径上的信号。 通过实验，我们发现了声速与温度和压力有关，具体数值会受到介质密度、粘度、压 强等参数的影响。在实验过程中，我们可以通过改变介质的状态（如改变温度、压强等参数），来探究声速与这些参数间的关系。
超声光栅测声速实验报告
西安理工大学实 验报告 课程名称： 普通物理实验 专业班号： 应物091 组别： 2 姓名： 赵汝双 学号： 3090831033 实验名称： 超声光栅测液体中的声速 实验目的 1. 了解超声光栅产生的原理。 2. 了解声波如何对光信号进行调制 3. 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概念的理解。 实验原理 1. 超声光栅 光波在介质中传播时被超声衍射的现象，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，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；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处变为密集区。 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 实验日期：2011年4月7日 交报告日期：2011年4月14日 报告退发： （订正、重做） 教师审批签字：
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，如图（１）所示。 图（１） ２．超声光栅册液体中的声速 如图２(ａ)所示，在透明介质中，有一束超声波沿方向传播，另一束平行光垂直于超声波传播方向(方向)入射到介质中，当光波从声束区中出射时，就会产生衍射现象。 图２ 实际上由于声波是弹性纵波，它的存在会使介质(如纯水)密度在时间和空间上发生 周期性变化如图２(a)，即
超声光栅实验报告
一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1） 了解超声光栅的原理和使用； （2）利用超声光栅声速仪测量超声波在水中的传播速度。 2.实验仪器 GSG —1型超声光栅声速仪、超声发生器（工作频率9~13MHz ）、 换能器、液槽、JJY-r 型分光仪（物镜焦距f= 168mm ）、测微目镜 （测微范围8mm ）、放大镜、待测液及光源（钠灯或汞灯）等。 二实验原理 介质受到超声波周期性的扰动，其折射率也将发生变化，此时光 通过这种介质,就像透过投射光栅一样，这种现象称为超声致光衍射, 把这种载有超声波的透明介质称为超声光栅。利用超声光栅可以计算 超声波在透明介质中的速度。 设超声波在液体中以平面波形式沿x 方向，在x 方向液体中波的 形式如下： t X yi = A.COS [2 n ・（f ； 一 石）] 式中，刃为偏离平衡位置的位移量；A ■为振幅，Ts 为超声波周期，X s 为超声波波长。 若在垂直x 方向有一反射平面，则超声波被平面反射后沿x 反方 向传播，有如下方程: y 2 = A a cos [2 兀•伉 + 花）] 当正反两方向的平面波叠加形成驻波时，平衡位置的偏移量为 土” 士、 1‘ +nn 实验报告
y = yi+yz = 2A…cos2 兀I；cos2 兀T； 超声波形成驻波时，压缩作用使节点处折射率增大，稀疏作用使远离节点处折射率变小，这样液体折射率就出现周期性变化，平行光沿着与超声波传播方向呈一定夹角的方向通过时会被衍射。由光栅方程可知： Asin叽二k入 式中，k为衍射级次，机为k级衍射角。 超声光栅光路图如下所示： 在右侧望远镜中可观察到衍射条纹。从上图中几何关系可知： t an j 当©k很小时，有 •心* sin
超声光栅测液体中的声速 实验报告
超声光栅测液体中的声速实验报告 实验目的： 1. 学习超声光栅技术的基本原理及其在液体声速的测量中的应用。 3. 了解液体中的声速与温度、密度等因素的关系，学习并掌握利用实验数据计算声速的方法。 实验原理： 超声光栅是一种通过测量超声波在介质中的传播时间或传播距离来测量介质参数的技术。当在液体中发射一束超声波时，该波在介质中传播时会产生驻波，当驻波的节点与反节点分别扫过探测器时，探测器会检测到相位反转，以此来计算声速。 声速与温度、密度、压力等参数有关，它们之间的关系可以用以下公式描述： v = (γP/ρ)1/2 其中，v为声速，γ为气体或液体的绝热指数，P为压力，ρ为密度。 实验器材： 超声光栅、选用不同液体、温度计、容量瓶、注射器、天平。 实验步骤： 1. 将超声光栅放置在容量瓶中，加入不同液体使光栅完全浸没在液体中，待液体静止。 2. 使用注射器将温度适宜的漏斗液体缓缓注入容量瓶中，待液面平静。 3. 记录实验时液体的温度，并使用超声光栅测量液体中的声速，记录数据。 4. 重复步骤2和3直至所有选用的液体测量完成。 5. 计算数据，分析声速与液体密度及温度的关系。 实验数据： 液体测量重量/克体积/mL 温度/℃ 声速/米每秒 水 500 500 22.5 1494 75%酒精 475 500 22.8 1089
甘油 800 500 24.2 1769 实验结果： 由数据可知，在相同温度下，不同液体的声速是不同的，其中甘油的声速最高，水的 声速最低，75%酒精的声速居中。这是由于不同液体的密度不同，其声速也有所不同。在 相同液体中，当温度升高时，声速会随之升高，这是由于液体分子间距离增大而导致声波 在液体中传播的速度变快。同时，由于液体中的热能与分子活动增大，其响应速度也会加快。 实验分析： 通过实验可知，在不同液体中测量声速时，温度和液体密度都会影响声速的结果。为 了获得更为准确的实验结果，我们需要控制好实验条件，尽量消除掉实验误差。例如，在 进行实验过程中可以使用恒温加热器来控制温度稳定，避免因温度变化导致实验误差，同 时在将液体添加到容器中时，要注意均匀平稳地加入，且不要在加液体的过程中摇晃容器，以避免产生液面波动而导致测量不准确。除此之外，为了提高实验准确率，还可以根据实 验结果进行追踪探讨，观察不同液体在不同温度下的声速变化规律，并根据实验数据进行 实验模型建模，用模型来预测实验结果，以增强实验分析的准确性。
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。 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,如上图所示。 当单色平行光沿垂直于超声波传播方向通过液体时,由于光速远大于液体中声速,可以认为光波的一波阵面通过液体的过程中,液体的疏密及折射率的周期性变化情况没有明显改变,相对稳定。这时,因折射率的周期性变化将使光波通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,出射光束会相干加强〔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 λφk A k =sin 〔k ＝0,±1,±2,±3,… 式中k φ为第k 级衍射光的衍射角,λ为光波波长。 当k φ角很小时,有： 其中d k 为衍射光谱上零级至k 级的距离,f 为透镜L2的焦距。 可以认为各级条纹是等间距分布的。则超声波波长为 其中k l ∆为相邻条纹间距。 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,则超声波在液体中传播的速度为 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,调节望远镜主轴垂直于载物台转轴,调节准直管发出平行光且准直管主轴与转轴垂直。目镜调焦使看清分划板刻线,并调节望远镜使观察到的狭缝清晰,狭缝应调至最小,实验过程中无需调节〔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物台上,调节载物台水平调节螺丝,使反射回的绿十字像与分划板调整叉丝水平线重合,确保光路与液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±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、-1、0、1、2级条纹位置。 〔2重复〔1操作,分别对绿光、蓝光进行测量。
