文档介绍：Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse膄Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse芁羈蚆膂实验设计说明书羃莁蝿题目:利用超声光栅测液体中的声速荿莈薆院部:理工科基础教学部羆蒁袄专业班级:物理学(创新实验班)1班螀袅节学生姓名:某某某螄薁膀学号:41106XXX膀薇羄实验日期:2013年5月21日薃蚁薂超声光栅测液体中的声速芇肅莂人耳能听到的声波,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。 节螁芆一、实验目的蚈螇蚆(1)学习声光学实验的设计思想及其基本的观测方法。 莅螀莁(2)测定超声波在液体中的传播速度。 聿膅莂(3)了解超声波的产生方法。肄袀螇 二、 仪器用具 蒀袇膄分光计,超声光栅盒,高频振荡器,数字频率计,纳米灯。袃羀莄三、 实验原理 袁莅蒂将某些材料(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。袆肀膈正文:羈肇袆光声效应的发现无疑是物理学两大分支的又一次融合,利用超声光栅测量液体中的声速就是这一物理现象的应用。此次实验的仪器包括超声光栅池、超声仪、分光计、测微目镜以及光源。蚅膀膃由于声波是纵波,所以当超声波在液体(本实验用的是水)传播时,声波的振动会引起液体密度空间分布的周期性变化(如右图),进而导致液体的折射率亦呈周期性分布(如右图)。如果在某一时间t0,液体密度的空间函数为:①荿螈薁其中,是液体的静态密度,是密度的变化幅度,是超声波的角频率,是超声波长,是超声波的传播方向,也是密度变化的空间方向;此时,折射率的空间函数为:②,其中为液体的静态折射率(或称之为平均折射率),为折射率的变化幅度(这个结论是以“同种物质的折射率与其密度成正比”为前提的)。蒃芀蕿 试验装置原理图如下图所示蝿芆莄实际实验装置图膂莀羂方向为箭头所示方向矩形A就是超声光栅槽,超声波传播方向垂直于光的传播方向,当超声源B发出的超声波传播到A面,被反射回来,与入射波相干,形成驻波其密度空间结构满足①式,其折射率满足②式(将t0换成t,t为变量),又由于光速远远大于声速,故当光穿过超声光栅时,可认为折射率不随时间变化,即膀羈蚁呈周期性变化,则可看做一个平面光栅,且其光栅常数为,因为其空间结构的分布周期为。有光栅方程可知:,其中为光在真空中的波长。芅莀羀另一方面,当光想通过光栅形成的衍射条纹落在测微目镜的焦平面上,其衍射角还可以表示为:,其中为测微目镜的焦距,所以就有莇蒆肆,于是,式子中的就是要测的声速,其中为超声波的频率,其值可以由超声仪读出,这样,就测出了声速,其表达式为③肄葿羅四、 实验内容及步骤 螈膈螁(1)调节分光计到正常测量状态。 螃袃肇(2)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