超聲光柵測量聲速

班級(jí)：姓名：同組者：實(shí)驗(yàn)名稱：超聲光柵與液體中聲速的測量實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察并體會(huì)液體中超聲光柵衍射現(xiàn)象。學(xué)習(xí)一種測定透明液體中聲速的方法。了解產(chǎn)生超聲波的方法。實(shí)驗(yàn)原理超聲波在液體中以縱波形式傳播，在波前進(jìn)的路上，液體被周期壓縮與膨脹，其密度產(chǎn)生周期性變化，形成所謂的疏密波。對(duì)任意波節(jié)而言，它兩邊的質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻紛紛涌向節(jié)點(diǎn)，使波節(jié)附近成為質(zhì)點(diǎn)密集區(qū)，半周期后，節(jié)點(diǎn)兩邊的質(zhì)點(diǎn)又向左右散開，使波節(jié)附近成為稀疏區(qū)。因?yàn)橐后w對(duì)光的折射率與液體的密度有關(guān)系，所以隨著液體密度周期性變化，其折射率也在周期性變化。液體中折射率周期性變化的區(qū)域起到了與光學(xué)平面光柵相類似的作用。當(dāng)入射光線與超聲波前進(jìn)方向互相垂直時(shí)，發(fā)生拉曼-奈斯衍射。光柵常數(shù)即為兩個(gè)相鄰疏密部分之間的距離，就是超聲波的波長。V=0，1，2.。。。實(shí)驗(yàn)中觀察到的超聲光柵與平面光柵不同，衍射圖樣缺失高級(jí)條紋，而且零級(jí)條紋強(qiáng)度較大，這與液槽之間距離有關(guān)，距離越大，缺級(jí)現(xiàn)象越嚴(yán)重。三．實(shí)驗(yàn)儀器WSG-1超聲光柵測速儀，光源，分光計(jì)，液體槽，測微目鏡。四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）分別測量幾種液體中聲速。測量時(shí)注意：提供的液體包括蒸餾水，乙醇，甘油等，對(duì)每一種液體，至少測量三級(jí)衍射條紋。更換液體時(shí)，一定要將液體槽擦拭干凈，以免影響測量準(zhǔn)確度。由，計(jì)算當(dāng)前溫度下不同液體中聲速V，與測量值比較，求取相對(duì)不確定度，并分析誤差產(chǎn)生原因。（為溫度系數(shù)）（2）配置幾種不同濃度的蔗糖溶液，分別測量其中聲速，繪制聲速與溶液關(guān)系曲線。配置溶液時(shí)，應(yīng)保證溶液的潔凈度，懸浮顆粒的存在會(huì)極大影響實(shí)驗(yàn)測量效果。五．?dāng)?shù)據(jù)處理與分析由公式，k=1,F=170mm,=589.3nm.蒸餾水f=10.52MHZ,dk=1.41mm則V=1494.68m/s2．純酒精f=10.69MHZ,dk=1.74mm則V=1230.80m/s3．酒精：水（2：1）f=8.93MHZ,dk=1.71mm則V=1252.54m/s4．酒精：水（4：1）f=9.16MHZ,dk=1.87mmV=981.4m/s5.酒精：水(1:4)f=11.13MHZ,dk=1.32mmv=1689.38m/s6.酒精：水(1:9)f=10.57MHZ,dk=1.34mmv=1580.44m/s7.酒精：水(10:1)f=11.14MHZ,dk=2.29mmV=963.42m/s8.酒精：水(1:1)f=10.58MHZ,dk=1.64mmV=1292.56m/s9.酒精：水(1:2)f=10.81MHZ,dk=1.31mmV=1653.34m/s誤差分析：實(shí)驗(yàn)誤差主要有:1、儀器誤差2、由于實(shí)驗(yàn)者原因，對(duì)于讀數(shù)產(chǎn)生的誤差3、實(shí)驗(yàn)使用的不是純凈水，產(chǎn)生的誤差4、實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件（溫度、氣壓等）造成的誤差縱坐標(biāo)聲速，橫坐標(biāo)酒精濃度比由圖表可看出，隨著酒精濃度的增加，聲速先上升到極大，后到達(dá)極小。六．思考題1．超聲光柵與平面衍射光柵有何不同？答：超聲光柵：由超聲波在液體中產(chǎn)生的光柵作用稱作超聲光柵。平面衍射光柵：普通的光線衍射光柵光波在介質(zhì)中傳播時(shí)被超聲波衍射的現(xiàn)象稱為超聲致光衍射（亦稱聲光效應(yīng)）。超聲波作為一種縱波在液體中傳播時(shí)，其聲壓使液體分子產(chǎn)生周期性的變化，促使液體的折射率也相應(yīng)地作周期性的變化，形成疏密波。此時(shí)，如有平行單色光垂直于超聲波傳播方向通過這疏密相同的液體時(shí)，就會(huì)被衍射，這一作用，類似光柵，所以稱為超聲衍射。單色平行光λ沿著垂直于超聲波傳播方向通過上述液體時(shí)，因折射率的周期變化使光波的波陣面產(chǎn)生了相應(yīng)的位相差，經(jīng)透鏡聚焦出現(xiàn)衍射條紋。這種現(xiàn)象與平行光通過透射光柵的情形相似。因?yàn)槌暡ǖ牟ㄩL很短，只要盛裝液體的液體槽的寬度能夠維持平面波（寬度為τ），槽中的液體就相當(dāng)于一個(gè)衍射光柵。2．相鄰波腹間和相鄰波節(jié)間的距離等于半波長，為什么超聲光柵的光柵常數(shù)等于超聲波的波長呢？答：超聲波作為一種縱波在液體中傳播時(shí)，其聲壓使液體分子產(chǎn)生周期性的變化，促使液體的折射率也相應(yīng)地作周期性的變化，形成疏密波。此時(shí)，如有平行單色光垂直于超聲波傳播方向通過這疏密相同的液體時(shí)，就會(huì)被衍射，這一作用，類似光柵，所以稱為超聲衍射。超聲波傳播時(shí)，如前進(jìn)波被一個(gè)平面反射，會(huì)反向傳播。在一定條件下，前進(jìn)波與反射波疊加而形成超聲頻率的縱向振動(dòng)駐波。由于駐波的振幅可以達(dá)到單一行波的兩倍，加劇了波源和反射面之間液體的疏密變化程度。某時(shí)刻，縱駐波的任一波節(jié)兩邊的質(zhì)點(diǎn)都涌向這個(gè)節(jié)點(diǎn)，使該節(jié)點(diǎn)附近的成為質(zhì)點(diǎn)密集區(qū)，而相鄰的波節(jié)處為質(zhì)點(diǎn)稀疏區(qū)