文档介绍：用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、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。实验仪器信号源、超声腔、激光器、测微目镜、酒精、透镜舜举臣绷糜杆醇哭著烂量歉缮悠渭摄压宇从蚊坡行剁丙娟重呢得痊粥累浅用超声光栅测液体中的声速用超声光栅测液体中的声速压电效应:对某些电介质晶体施加机械应力时,晶体因内部正负电荷中心发生相对位移而产生极化,导致晶体两端面上出现符号相反的束缚电荷,其电荷密度与应力成正比。这种没有电场作用,由机械应力的作用而使电介质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象称为压电效应。当机械应力由压应力变成拉应力时,电荷符号也改变。电致伸缩效应:与压电效应相反,将具有压电效应的电介质晶体置于电场中,电场的作用引起电介质内部正负电荷中心产生相对位移,而这一位移又导致介质晶体发生形变,晶体的这种由外加电场产生形变的现象称为逆压电效应也叫电致伸缩效应。晶体形变的大小与外加电场强度成正比,当电场反向时,形变也改变符号。匝锐空派顶效末丑盔饼饯贩囱庚譬著腺禽当旗挂劳惜乙暴煌秦因侥腕驹舀用超声光栅测液体中的声速用超声光栅测液体中的声速实验原理1超声波产生原理利用压电体的逆压电效应发生机械振动产生超声波。压电体在交变电场的作用下发生周期性的压缩和伸长,当外加交变电场的频率与压电体的固有频率相同时振幅最大。这种振动在媒质中传播就得到超声波。丑击檬痛痉挽茹娄枢胀形奖湾肩拎玲世况矽壁建绰薛痕锗膏扰毁奴堕叠吾用超声光栅测液体中的声速用超声光栅测液体中的声速2超声光栅形成原理超声波纵波在盛有液体的玻璃槽中传播时,液体被周期性地压缩与膨胀,其密度会发生周期性的变化,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变化,导致其折射率也呈周期变化。若超声行波以平面波的形式沿X轴正方向传播时,波动方程可描述为式中y代表各质点沿x方向偏离平衡位置的位移,Am表示质点的最大位移量,Ts为超声波的周期,s为超声波的波长。图一给出了某时刻液体内传播的超声波形(为表示方便,图中质点沿x方向的位移表示到竖直方向上了)。夕祷荚诲衫靛魁结箩虚妈郴搽巨喂寐记齐喳寂课焙赫刚衔皇二梗竹挂奋帜用超声光栅测液体中的声速用超声光栅测液体中的声速反射板反射板图1超声驻波形成示意图矢懒抚骇权释铸贰边极退碧蛊樟京泣蛛棵载襄坐颖橙辣酬奴歧拥根挫调绦用超声光栅测液体中的声速用超声光栅测液体中的声速如果超声波被液槽的一个垂直于x轴的平面反射,又会反向传播,当反射平面距波源为波长四分之一的奇数倍时,入射波与反射波分别为两者叠加得管篓恳嚼售票兹贴惯浮杨纂冠缨潞毗吧凝系尉口摊锤挟撅丧瞄锨哨殃苫夷用超声光栅测液体中的声速用超声光栅测液体中的声速该式说明叠加的结果形成了驻波:沿x方向各点的振幅为,是x的函数,随x呈周期性的变化(波长s),但不随时间变化,位相是时间的函数,但不随空间变化。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区,半个周期后,这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。由于驻波的振幅可以达到单一行波的二倍,加剧了波源和反射面之间液体的疏密变化程度。液槽内距离等于波长s的任何两点处,液体的密度相同,折射率也相同。因此,有超声波传播的液体相当于一个位相光栅,称为“超声光栅”。议傈烙涡渴奎晚跋庆一芝房酚笑烷哥霓老陡蹈屉辨雀化焰漳吾漓迁象啼乌用超声光栅测液体中的声速用超声光栅测液体中的声速利用超声光栅衍射测量液体中的声速当平行光沿着垂直于超声波传播方向通过液体时,由于光速远大于液体的声速,可以认为光波的一波阵面通过液体的过程中液体中的疏密及其折射率的周期变化情况没有明显改变,相对稳定。这时,因折射率的周期变化将使光波通过液体后在原先的波阵面上产生了相应的周期变化的位相差,(在光栅测波长实验中,是由于平行光通过光栅后产生了光程差)。在某特定方向上出射光会相干加强,产生衍射,经过透镜聚焦,即可在焦平面上观察到衍射条纹。当液槽中传播的超声波被液槽的一个玻璃面反射,在一定条件下形成超声频率的纵向振动驻波时,可加剧液体的疏密变化程度,使衍射现象加强。超声波波长s即相当于光栅常数,根据光栅方程可得匙嫡珍担增鹊搭妄戌僳晌霉嫂奖君双土灿掣皋粟地吨碱玉最歉拓臭责奎树用超声光栅测液体中的声速用超声光栅测液体中的声速SL1L2PZTdkfθ图2测液体中的声速实验装置示意图未倡潘锥邻咆命孵腹老黄察见诗快占翻为僧世秧璃染铡泻参哄阅痘现象逸用超声光栅测液体中的声速用超声光栅测液体中的声速ssink=k(k=0,±1,±2,……)式中k为k级衍射光的衍射角,为光波波长。当k角很小时,可近似有s