文档介绍：液体中超声波声速测定实验报告
液体中超声波声速测定实验报告
液体中超声波声速测定实验报告
液体中超声波声速的测定
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。
实验目的
了解超声波的产生方法及超声光栅的原理
测定超声波在液体中的传播速度
实验仪器
分光计,超声光栅盒，钠光灯，数字频率计，高频振荡器。
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），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
液体中超声波声速测定实验报告
液体中超声波声速测定实验报告
液体中超声波声速测定实验报告
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vs向前推进.
图1 密度和折射率呈周期分布
如果在超声波前进的方向上垂直放置一表面光滑的金属反射器，那么，（纵驻波）。设前进波与反射波分别沿y轴正方向传播,它们的表达式为
液体中超声波声速测定实验报告
液体中超声波声速测定实验报告
液体中超声波声速测定实验报告
其合成波为
利用三角关系可以求出
此式就是驻波的表达式。其中表示合成以后液体媒质中各点都在各自的平衡位置附近作同周期的简谐振动，但各点的振动为，即振幅与位置y有关，振幅最大发生在处,对应的(n=０，1，2,3……）这些点称为驻波的波幅,波幅处的振幅为2A，相邻波幅间距离为为。振幅最小发生在处，其中，这些点称为波节,如图２中ａ、ｂ、c、d为节点，相邻波节间的距离也为。可见，驻波的波腹与波节的位置是固定的，不随时间变化。对于驻波的任意一点a，在某一时刻ｔ=0时,它两边的质点都涌向节点,使节点附近成为质点密集区;半周期后，节点两边的质点又向左右散开，，相邻波节附近质点密集和稀疏情况正好相反。与此同时，随着液体密度的周期变化,其折射率也呈周期变化，密度相等处其折射率也相等，这时折射率的空间分布为
从式中可以看出,液体中各点的折射率是按正弦规律分布的,当光从垂直于超声波的传播方向透过超声场后,会产生衍射,这一现象如同光栅衍射,所以超声波作用的这一部分介质可看成是一等效光栅，称为超声光栅。光栅常数为两个相邻等密度处的距离，即超声波的波长
液体中超声波声速测定实验