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用超声光栅测量声速实验报告共9篇

作者:admin发布时间:2020-07-19 08:12

  超声光栅测液体中的声速测验讲述 专业班级:物理学(更始测验班)1 测验日期:2013 人耳能听到的声波,其频率正在16Hz到20kHz 规模内。胜过20Hz 的呆滞波称为超声波。光通过受超声波扰动的介质时会爆发衍射 局面,这种局面称为声光效应。行使声光效应丈量超声波正在液体 中鼓吹速率是声光学规模具有代外性的测验。 测定超声波正在液体中的鼓吹速率。(3)相识超声波的发生要领。 将某些资料(如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等)的晶体沿肯定目标切割成晶片,正在其皮相上加以相易电压,正在交变电场效用 下,晶片会发生与外加电压频率肖似的呆滞振动,这种性情称为 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 会向四周介质鼓吹出去,就获得了最强的超声波。 正文: 光声效应的发明无疑是物理学两大分支的又一次调和,行使超声光栅丈量液体中的声速便是这一物理局面的利用。此次测验的 仪器包含超声光栅池、超声仪、分光计、测微目镜以及光源。 因为声波是纵波,因而当超声波正在液体(本测验用的是水)鼓吹时,声波的振动会惹起液体密度空间分散的周期性蜕化(如右 图),进而导致液体的折射率亦呈周期性分散(如右图)。假如正在 某有时间t0,液体密度的空间函数为: 此中,?0是液体的静态密度,?是密度的蜕化幅度,?s 是超声 波的角频率,?是超声波长,x 是超声波的鼓吹目标,也是密度变 化的空间目标;此时,折射率 的空间函数为:n?x?n0?nsin?st0?x?,此中n0为液体的静 态折射率 (或称之为均匀折射率),?n为折射率的蜕化幅度(这个结论 是以“同种物质的折射率与其密度成正比”为条件的)。 试验装 置道理图如下图所示 目标为箭头所示目标矩形A便是超声光栅槽,超声波鼓吹目标 笔直于光的鼓吹目标,当超声源B 发出的超声波鼓吹到 反射回来,与入射波干系,造成驻波其密度空间组织知足式,其折射率知足式(将 t0 换成 为变量),又因为光速远宏大于声速,故当光穿过超声光栅时,能够为折射率不随工夫蜕化, ,?j?Z?此中?0为光正在真空中的? 另一方面,当光念通过光栅造成的衍射条纹落正在测微目镜的焦平面上,其衍射角还能够展现为:tan?sin? ,此中f为测微目镜的焦距,因而就有 x?x,于是?0?0,式子中的vs便是要测的声速,此中fs 为超声 波fffs?fsvs 的频率,其值能够由超声仪读出,如此,就测出了声速,其外达式为vs? (2)将线道相连好,正在超声光栅盒中参预妥善的水,将超声光栅盒放正在分光计的载物台上,使超声波的鼓吹目标与入射波笔直。 (3)确定高频电压的频率。妥善安排高频电压的频率,微微安排压电换能器与反射器之间的间隔,以便视察最佳的衍射条纹。 测验流程,第一步,对分光计举办准直安排;第二步,正在超声光 栅池中倒入净水;第三步,掀开光源,正在测微目镜中不妨看到一 条白色竖直亮条纹,微调测微目镜的间隔,使条纹变得了然;第 四步,掀开超声源开合,并安排超声波频率,使视野中产生尽可 能众的衍射条纹(如图所示); 第五步,转动测微目镜上的螺旋测微器旋钮,记载每条条纹的相对位子,并求其条纹间距 x(用逐差法);行使公式,求作声 此次测验所用超声波频率fs?9.72MHz,测微目镜焦距f?170mm,光正在线nm,测得数据如下外所示: ?1499.4m/s因而,求得声速为:vs?0s? 、测验所用超声仪易发烧,为了不使仪器过热,该当尽疾记载数据,然后堵截电源。 、测验闭幕,超声池中的水应尽疾清算,不应长工夫浸泡正在液体槽内。 、超声仪的频率易受外界蜕化的影响,只消外界变 化使其导线电容分散蜕化,就会对输出频率发生影响,因而应尽 量避免发抖以及触碰导线MHz足下,测验中应尽量避免超声仪的 频率高于11MHz,一壁电途经热。 推敲 、由公式要获得公式,务必最初懂得一个前摘要求,便是,同种物质的折射率与其密度成正比,假如不是,则不行推出 ,缘故是,假如折射率和密度无合或成其他合联,则液体的密 度呈周期性分散时,其折射率或许稳定或成其他合联,只是周期 性照旧存正在。 正在的条件之下,载有超声波的液体为什么与熟谙的平面光栅有同样的恶果?这是由于,当折射率成周期性分散时,平行 光笔直与超声波鼓吹目标通过液体时,差异位子光的光程纷歧律, 就相当于后光通过了折射率肖似而宽度呈周期性蜕化的透后玻 璃,故会爆发衍射。 自便频率的超声波正在此测验中都能够造成驻波,,而正在于压电换能器抵达共振是衍射条纹才会昭彰增加并且明亮,这是因 为,假如频率与共振频率相差较大时,固然一经造成光栅,可是 还或许不敷昭彰,对光的衍射较衰弱,局面不昭彰,因而只要正在 抵达共振时才有昭彰的衍射条纹。 因为测验中所用的光是白光,过程衍射会爆发色散局面,这对丈量条纹间距酿成了肯定的麻烦,若用单色钠光源,则测验 恶果更佳;本测验中,因为光的色散,会产生彩色条纹带,为了 与原则相符,记载数据时,记载黄色光所发生的条纹的位子,作 为条纹位子,上面图片中显示绿色是由于影相机的原故。 因为测验中超声仪的频率很担心静,很难捉住条纹数目最众的期间, 程_______归纳物理测验_______测验日期2012 专业班号材物01 薛翔学号10096018 人耳能听到的声波,其频率正在16Hz到20kHz 规模内。胜过20Hz 的呆滞波称为超声波。光通过受超声波扰动的介质时会爆发衍射 局面,这种局面称为声光效应。行使声光效应丈量超声波正在液体 中传(来自:论文网:)播速率是声光学规模具有代外性的测验。 测定超声波正在液体中的鼓吹速率。(3)相识超声波的发生要领。 将某些资料(如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等)的晶体沿肯定目标切割成晶片,正在其皮相上加以相易电压,正在交变电场效用 下,晶片会发生与外加电压频率肖似的呆滞振动,这种性情称为 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 会向四周介质鼓吹出去,就获得了最强的超声波。 超声波正在液体介质中以纵波的情势鼓吹,其声压使液体分子显示疏密肖似的周期性分散,造成所谓疏密波, 如图 1a)所示。由 于折射率与密度相合,因而液体的折射率也呈周性蜕化。若用N0 展现介质的均匀折射率,t 期间折射率的空间分散为 是折射率的蜕化幅度;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λ 的合联为Ks=2π 1b是某有时刻折射率的分散,这种分散形态将随时以超声波的速 度vs 向前促进。 假如正在超声波进步的目标上笔直安顿一皮相滑润的金属反射器,那么,来到反射器皮相的超声波将被反射而沿反向鼓吹。适 当安排反射器与波源之间的间隔则可得回一共振驻波(纵驻波)。 设进步波与反射波分手沿y 轴正目标鼓吹,它们的外达式为 ?1?Acos?st?Ksy??2?Acos?st?Ksy? 此式便是驻波的外达式。此中cos?st 展现合成从此液体媒质中 各点都正在各自的平均位子邻近作同周期的简谐振动,但各点的振 相合,振幅最大爆发正在cosKsy?1 处,对应的y?n?/Ks?n?s/2(n=0,1,2,3„„)这些点称为驻波 的波幅,波幅处的振幅为 2A,相邻波幅间间隔为?s/2。振幅最小 爆发正在cosKsy?0 处,此中y?(2n?1)?s/4,这些点称为波节,如图2 为节点,相邻波节间的间隔也为?s/2。可睹,驻波的波腹与波节的位子是固定的,不随工夫蜕化。对待驻波的自便 一点a,正在某有时刻t=0 时,它双方的质点都涌向节点,使节点附 近成为质点麇集区;半周期后,节点双方的质点又向足下散开, 使波节邻近成为稀少区。正在同有时刻,相邻波节邻近质点麇集和 稀少环境正好相反。与此同时,跟着液体密度的周期蜕化,其折 射率也呈周期蜕化,密度相当处其折射率也相当,这时折射率的 空间分散为 从式中能够看出,液体中各点的折射率是按正弦法则分散的,当光从笔直于超声波的鼓吹目标透过超声场后,会发生衍射,这 一局面好像光栅衍射,因而超声波效用的这一局部介质可当作是 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 遵照超声频率的坎坷和受声光效用超声场长度的差异,声光效用可分为两品种型:喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射。本测验采用喇 曼-奈斯衍射,如图3 所示。 将发生众级衍射光,且各级衍射极大(即衍射光强度为最大的位子)对称地分散正在零级极大位子的两侧。设第 级衍射极大对应的衍射角为θ k,则有 所示。正在超声光栅盒中的压电晶体两头加高频电压,压电晶体正在交变电场效用下爆发周期性的压缩 伸长,即产朝气械振动。当外加交变电场频率抵达压电晶体的固 有频率时,晶了解爆发共振局面,这机会械振动的振幅抵达最大 值。超声波从晶体皮相发射过程待测介质(如水)后正在超声盒的 反射器反射,妥善安排压电晶体与反射器之间的间隔,正在液体中 发射波与反射波叠加造成驻波,组成超声光栅。 (2)遵照图4将线道相连好,正在超声光栅盒中参预妥善的水, 将超声光栅盒放正在分光计的载物台上,使超声波的鼓吹目标与入 射波笔直。 (3)确定高频电压的频率。妥善安排高频电压的频率,微微安排压电换能器与反射器之间的间隔,以便视察最佳的衍射条纹。 (4)丈量高频电压频率和衍射条纹的衍射角,并测出待测液体的温度。 测验中测得的声速为1486.5m/s, 行使公式计划出的结果为 1485.558m/s,相对偏差为0.06%. 篇三:测验27超声光栅衍射 测验讲述 测验27超声光栅衍射 测验讲述 超声源,玻璃皿,激光器,光具座,会聚透镜,超声探头支架,金属白屏。 具有弹性纵向的平面超声波,正在液体介质中鼓吹时,其声压时液体分子产陌生密交叠的蜕化,促使液体的折射率也相应的作周 期性蜕化。这种疏密波也是折射率梯度鼓吹的一种形式,造成的 方针组织便是超声波的图像。光从笔直目标透射过超声场后,会 发生折射和衍射。这一效用,犹如光栅,因而叫做超声光栅。 超声波正在介质中鼓吹的性子,用声速和衰减度系数两个根本量来外述。超声波速率不但与声压(p)、密度(?)、折射率(n)相合,而 且还受到其他物理性子的影响,因而声速与很众主要的物理参数 相合。 正在正弦蜕化的声场中,超声波运动的速率,声压以及介质的密度和折射率的蜕化法则,都是犹如的,都能够用震撼方程展现。 形容超声场中折射率周期性蜕化的外达式为: n(y,t)?n0?ncos(?t?ky)(1)此中?为超声波的圆频率,k 为波矢量。 3、超声的驻波和行波 正弦超声平面波由笔直于玻璃皿底面的目标射于液体中,则声场中的压力波会被底面反射,造成与入射波同频率的一列反射波, 这两列波的声压可分手展现为: 两列同频率的波相向鼓吹时,依叠加道理,合成声场的声压为P?Pi?Pr,即P?2Picoskye 由上式可睹,合成声场由两局部构成,第一项代外驻波场,第二项展现正在y 目标鼓吹的平面波,其振幅为原先两列波振幅之差。 若测验中弹性的平面波获得十足反射,则式(3)右边第 二项能够略去,合成的超声波便是一个纯粹的驻波场。介质密度分散和折射率的分散也与驻波场的蜕化相相似。声压造成的光密 处为波节,光疏处为波腹。 因为光向折射率大的的方面弯曲, 波节处交迭地每隔半个周期显示一次会聚强光。测验视察到的超 声场的图像,是相对的长工夫的均匀效应。 因光速率宏大于声速,即C?,后光很疾的通过了超声场,而 折射率周期蜕化所造成的“超声光栅”能够以为是不动的,即把 折射率的空间固定确当作: n?n0?ncosky(4)如此所造成的超声光栅对光的衍射可展现为: ?和?分手为超声波和入射光的波长,由该式可知,假如测出?k,?k 级衍射角。且?已知,则可测出超声波的波长?。若还懂得超声波的频率 f,则可求出超声波正在该液体 中的鼓吹速率: (6)这是丈量超声波鼓吹速率的有用要领之一。5、超声场的观测 后光过程液体时,正在波节(光疏)处根本不爆发偏转。因而当后光通过液体后透射到观测屏上,正在波腹处发生出亮条纹,波节处为 暗条纹。 若懂得超声波的频率f,则可求出超声波正在该液体中的鼓吹速 1.正在光具座上按图搭好光道,并安排各原件至共轴,安排透镜的位子,使屏上产生了然的激光点。 2.连上电道,把超声波探头置于超声池中,安排探头平面和池的底面平行,然后加上驱动信号,安排信号源的振荡频率,直到 正在屏上产生衍射条纹,详明安排频率,探头和超声池之间的间隔 以及调度统统超声池的方位,直到屏上产生的条纹又众又了然。 测屏的间隔S2,记下透镜的焦距F,众次丈量,以求均匀值,并 计划出超声波的波长。 4.把输出信号同时接入示波器中,以测出其频率f,算作声速。 取差异的10-20 条条纹,反复上述步调5 次,求得各次丈量的声 速的均匀值。 改革超声池的温度,测差异温度下的声速,寻求蜕化的法则。 【测验数据判辨】1.声速与温度的合联 求均匀并由算术均匀值圭臬偏差公式?S1?29.220 cm?1?0.00 8S2?51.02 cm ?s2?0.00 可睹,超声波波速随温度添加而递增,能够意料,到肯定速率后将趋于安静。 本次测验的要领采用分手记载差异位子条纹的间距再取均匀值的要领丈量各温度下的条纹间距。这种要领有肯定的限制性和误 本要领哀求水的温度蜕化很小,正在丈量流程中只可有概略一摄氏度的蜕化。 丈量条纹间距时分手丈量差异位子条纹后取均匀值,这本能够使计划出的声速加倍准 确,但由于丈量流程中,超声波的频率和水的温度都起了蜕化,因而,对所测条纹间距求均匀值的做法或许引入新的偏差。 对温度和频率求均匀的做法也会引入新的偏差,但若蜕化不大,则应能够担当。 综上所述,此要领对声速的丈量以及对温度的记载均不敷厉谨和凿凿,但应能够大致忖度作声速与温度的蜕化合联。 遵照本测验要领得现实环境,若假设频率的渺小改革不回惹起条纹的明显蜕化 能够看出,单就丈量量来说,丈量的偏差仍是对照小的,但此次的偏差判辨不敷凿凿,由于做了一个并不厉谨的假设,只可动作 一个参考。 中邦石油大学近代物理 测验讲述 功劳: 班级:姓名: 测验4-1超声光栅与透后液体中声速的丈量 超声波正在液体中以纵波的情势鼓吹,正在波进步的旅途上,液体被周期压缩与膨胀,其密度发生周期性的蜕化,造成所谓疏密波。 假如一列波沿 处遭遇反射器后,超声波被反射而沿反面标鼓吹。正在肯定要求下,进步波与反射波迭加而造成纵 驻波。此中振幅最大的位子称为驻波的波腹,振幅为零的位子称 为驻波的波节。对任一波节而言,它双方的质点正在某有时刻都涌 向节点,使波节邻近成为质点麇集区,半周期后,节点双方的质 点又向足下散开,使波节邻近成为稀少区。正在同有时刻,相邻波 节邻近质点的分散环境正好相反。由于液体对光的折射率与液体 的密度相合系,因而跟着液体密度周期性地蜕化,其折射率也正在 周期地蜕化。如图(4-1-1)所示。 由光学外面,一波长为λ的平面光笔直通过 dsin?k?k?k=0,1,2„(4-1-1) 对待超声光栅,因为其光栅常数等于超声波的波长Λ,因而上 式能够写成 ?sin?k?k?k=0,1,2„(4-1-2) k=0,1,2„(4-1-3) 昭着,只消已知入射光波波长λ,测出第 级衍射条纹对应的衍射角?k,以及超声波的频率f, 无误丈量液体中的声速,对研商液体的物理和化学性子可供应主要的凭据。如对有机液体,能够通过丈量声速来研商其分子结 构;对电解质溶液,能够通过声速的丈量导出合于压缩性蜕化和 离子价等之间的合联。 测验中,咱们所视察到的超声光栅和光学上的平面光栅所发生的衍射图样不十足肖似,光通过超声光栅后的衍射图样往往不象 通过光学光栅后的衍射图样那样齐截,而是缺失高级条纹,而且 零级条纹强度较大(如图 4-1-3 所示),这与液槽两壁之间的间隔 相合,液槽两壁之间的间隔越大,这种缺级局面越为急急。 图4-1-4WSG-I 超声 4-1-4所示,包含 WSG-1超声光栅声速 远,千里镜的光轴与分光计的转轴笔直,平行光管与千里镜同轴并发射平行光,载物台面与分光计转轴笔直。目镜调焦使视野 平分划板刻线了然,并以平行光管出射的平行光为准,安排望远 镜物镜焦距使狭缝像了然,狭缝像应细锐明亮。 分光计调度好后,安设上液体槽,槽内注入待测液体,扣上盖板,并用导线与超声光栅声速仪相连。盖板上固定有锆钛酸铅陶 瓷片(或称PZT 晶体),其正在高频电信号(由超声光栅声速仪供应) 励下可发生超声波,超声波沿液体槽鼓吹,正在液体中造成超声光栅,当有平行光入射时,即爆发衍射。因为 PZT 晶体直接插入液 体中,因而本装备不行对电解质溶液举办丈量。掀开光源和超声 光栅声速仪,妥善安排输出频率,通过千里镜可看到了然的衍射 条纹,此时将阿贝目镜换为测微目镜,就可丈量衍射条纹间距。 测验中,假如视察到的衍射条纹不睬念,可轻细改革液体槽盖板的角度,以保障声源面与液体槽端面厉峻平行。应随时检验液 面高度,当液面较低时,要实时增加液体至平常液面线处,防备 因液体过分挥发而导致液面低于 PZT 晶体影响观测恶果。拆装液 体槽、增加液体或改换液体时,应紧闭超声光栅声速仪,同时不 要接触液体槽通光面,免得污染影响丈量。测验中要避免振动, 振动会破损超声光栅,酿成丈量衰落。测验工夫不宜过长,工夫 过长不但会因液体温度升高,低落丈量凿凿度,并且会使振荡线 途经热,损坏仪器。测验闭幕后,务必将液体倒出,并将 PZT 丈量差异浓度的乙醇溶液所对应的光速,绘制声速与溶液浓度的合联弧线。 测验中采用钠光灯,其发射钠黄光的波长为589.3nm。设入射 光的波长为λ 级衍射条纹间距为2dk,则第 级衍射条纹对应的衍射角?k 为?k?dk,此中F 为望远物镜焦距,测验中采用的装 对应的F为170mm。从超声光栅声速仪上读出目前超声波频率 f,遵照(3)和(4)式则可获得透后液体中声速的外达式为 v?k?Ffk?0,1,2,3?dk 从外二中可大致看出,跟着浓度的添加,超声波的鼓吹速率减小,为加倍直观地展现出来注脚,作图一如下: 从图一中的弧线走势咱们能够看出,正在乙醇溶液中,超声波的速率正在800m/s——1600m/s 之间,而且跟着乙醇溶液浓度的添加, 超声波的鼓吹速率越来越小。可是从图中也能够看到,片面点并 不适当这一特质,这重要是偏差所致,偏差的重要原因是乙醇溶 液浓度不凿凿或者是因为正在读数似的失误所致。可是偏差并不行 影响末了的测验结论,咱们照旧能够了然,昭彰的看出,跟着乙 醇溶液浓度的添加,超声波的鼓吹速率越来越小。 1.由驻波外面懂得,相邻波腹或者是相邻波节之间的间隔都是半波长,为什么超声光栅的光栅常数等于声波的波长? 答:超声光栅的光栅常数指的是光栅介质的密度分散的一个整周期。 超声震撼作一种纵波正在液体中鼓吹时,其声压使液体分子发生周期性的蜕化,促使液体的折射率也相应地作周期性的蜕化,形 成疏密波。此时,如有平行单色光笔直于超声波鼓吹目标通过这 疏密肖似的液体时,就会被衍射,这一效用,犹如光栅,因而称 为超声衍射。 超声波鼓吹时,如进步波被一个平面反射,会反向鼓吹。正在肯定要求下,进步波与反射波叠加而造成超声频率的纵向振动驻波。 因为驻波的振幅能够抵达简单行波的两倍,加剧了波源和反射面 之间液体的疏密蜕化水准。某期间,纵驻波的任一波节双方的质 点都涌向这个节点,使该节点邻近的成为质点麇集区,而相邻的 波节处为质点稀少区。半个周期后,这个节点邻近的质点向双方 散开变为稀少区,相邻的波节处变为麇集区。正在这些驻波中,稀 疏效用使液体折射率减小,而压缩效用使液体折射率增大。正在距 离等于波长Λ 的两点,液体的密度肖似,折射率也肖似。 差异点:超声光栅是一种可擦除的及时光栅,它的光栅常数和 位相调制深度能够通过超声波的频率和振幅来把持 ,因而。比拟 平面衍射光栅有更大的可安排性。 平面光栅准确存正在,而超声光栅则不存正在,只是由于超声波正在液体中鼓吹时会惹起液体密度周期性蜕化,进而惹起后光衍射, 效用犹如于光学光栅。 光学光栅的透光区和不透光区都是固定稳定的,而超声光栅的透光区和不透光区都是不停蜕化的,蜕化的频率等于超声波的频 本测验所用的道理特别新,是以前所未接触过的,并且测验特别简便,测验操作也很容易,最重要的操作步调便是分光计的调 节。正在测验室,为使恶果抵达最好,务必安排光频,以能视察到 更众,了然的条纹,即衍射的条纹最亮。测验结果的偏差很大, 只可注脚适当外面,起参考效用。超声光栅的手艺发扬的也很迅 速,现正在已普及利用正在无损检验、探伤、测距、丈量物质浓度等 规模。并且通过本测验也让我长远的了解的触类旁通的好处,并 且正在练习中应支配的活跃性,要勇于念,合于更始,由于本测验 的灵感未便是来自平面光栅吗? 篇七:测验30用超声光栅丈量声速 通过对液体(非电解质溶液)中的声速的测定,加深对此中声学和光学物理观点的融会。 光波正在介质中鼓吹时被超声衍射的局面,称为超声致光衍射(亦称声光效应)。 超声震撼作一种纵波正在液体中鼓吹时,超声波的 声压使液体分子发生周期性蜕化,促使液体的折射率也相应的作 周期性蜕化,造成疏密波。此时如有平行单色光沿笔直超声波方 向通过这疏密相间的液体时,就会被衍射,这一效用,犹如于光 栅,因而叫超声光栅。 超声波鼓吹时,如进步波被一个平面反射, 会反向鼓吹。正在肯定要求下进步波与反射波能够造成驻波。因为 驻波小振幅能够抵达简单行波的两倍,加剧了波源和和反射面之 间的的疏密水准,某期间,驻波的任一波节双方的质点都涌向这 一点,使该节点邻近造成麇集区,而相邻波节处为质点稀少处; 半个周期后,这个节点邻近的质点向双方散开造成稀少区,而相 邻波节处变为麇集区。 正在这些驻波中,稀少区使液体的折射率 减小,而压缩效用使液体折射率添加,正在间隔等于波长A的两点, 液体的密度肖似,折射率也相当,如图(1)所示。 超声波鼓吹目标(目标鼓吹,另一束平行光笔直于目标)入射到介质中,当光波从声束区中出射时,就会发生衍射局面。 周期性蜕化如图2(a),即正在工夫和空间上爆发 ?z,t?。+?sin(?St?2?Z)A(1-1) 期间z处的介质密度,为没有超声式中:z 是沿声波鼓吹方 向的空间坐标, 波存正在时的介质密度,叫是超声波的角频率,A是超声波波长,是密度蜕化的幅度。因而介质的折射率随之爆发相应蜕化,即 式中:(?nsin(?St?2?Z)A(1-2) 为均匀折射率,为折射率 蜕化的幅度。商讨到光正在液体中的鼓吹速率),能够以为正在液体中, 由超声波所造成的疏)宏大于声波的鼓吹速率( 密周期性分散,正在光波通过液体的这段工夫内是不随工夫改革的,因而,液体的折射率仅随位子z 而改革如图2(b),即 因为液体的折射率正在空间有如此的周期分散,当光束沿笔直于声波目标通过液体后,光波波阵面上差异部位资历了差异的光程, 波阵面上各点的位相由下式给出: c?csin(2?)zA(1-4) 是声速宽度;是光波角频率;c是光速。通过液体压缩 区的光波波阵面将落伍于通过稀少区的波阵面。本来的平面波阵 面变得折皱了,其折皱环境由 n(z)决策,睹图3可睹载有超声波 的液体能够当作一个位相光栅,光栅常数等于超声波波长。 于为真空中光波波长)时,就会发生对称于零级的众级衍射,即拉曼—奈斯(Raman-NRth)衍射,安宁面光栅的衍射简直无区别, 知足下式的衍射光均正在衍射角 k?sin 的目标上发生极大光强:A (k=?1,?2,?3„„)(1-5) ?时,发生布拉格(Bragg)衍射,声光介质相当于一个别光栅,其衍射 一级衍射目标,(2)当L且级差异时存正在。 ?A2 因为布拉格衍射需求高频(几十兆赫兹)超声源,测验要求较为纷乱,故本测验采用拉曼-奈斯衍射装备。测验装备相连如图4所示。 超声池是一个长方形玻璃液槽,液槽的两通光侧面(窗口)为平行平 面。液槽内盛有待测液体(如水)。换能器为压电陶瓷芯片,芯片两 面引线与液槽上盖的接线柱相连。当压电陶瓷芯片由超声光栅仪 输出的高频振荡信号驱动时,就会正在液体中发生超声波。 单色平行光?沿着笔直于超声波鼓吹目标上通过上述液体时,因折射率的周期蜕化使光波的波阵面发生了相应的位相差,经透镜 聚焦产生衍射条纹。这种局面与平行光通过透射光栅的情景一致。 由于超声波的波长很短,只消盛装液体的液体槽的宽度不妨保护 平面波,槽中的液体就相当于一个衍射光栅。途中行波的波长A 相当于光栅常数。即 正在调好的分光计上,由单色光源和安宁行广管中的会聚透镜L1与可调狭缝s构成平行光体例如图5所示。让笔直通过液槽(P ZT),正在玻璃槽的另一侧,用自准千里镜的物镜L2和测微目镜 构成千里镜体例。若振荡器使PZT芯片爆发超声振动,造成稳 定驻波,从测微目镜即可视察到衍射光谱,从图5中能够看出, 此中,lk为衍射光谱零级至k级的间隔;f为焦距。因而超声 波波长: ?lk为统一色光衍射条纹间距 分光计重要由五个局部构成,即底座,千里镜,载物平台,准直管和读数盘。 目镜视度安排,点亮目镜照明小灯,转动目镜视度安排手轮,使能从目镜中能 将平面镜至于载物平台上,转动载物平台,使镜面与千里镜主轴大致笔直, 凡是,因为置于载物台上的平面镜与千里镜不行彼此笔直,因而不行须臾 视察到绿十字象。轻缓转送载物平台,使镜面盘旋一个小角度,从千里镜外侧用眼睛视察从平面镜反射回的绿十字象,妥善安排 千里镜和载物平台的倾斜度,直到转送载物平台时,从目镜中能 视察到反射回的绿十字象。 一样,绿十字像水准线和分划板调度叉丝水准线 安排法来安排。安排千里镜的水准安排螺丝 10,使两者水 平线的差异裁汰一半;安排载物平 篇九:测验30用超声光栅丈量声速