油水混合液体超声光栅光谱的研究

1、油水混合液体超声光栅光谱的研究一、实验目的：1、了解超声光栅产生的原理。2、观察水层，油层及其界面的光谱，在不断改变油层厚度的情况下，计算水层的条纹间距。二、实验原理：1、光波在介质中传播时被超声波衍射的现象，称为超声致光衍射，也叫声光效应。2、超声波作为一种纵波在液体中传播时，其声压使液体分子产生周期性的变化，促使液体的折射率也相应的做周期性的变化，形成疏密波。此时如有平行单色光垂直于超声波传播方向通过这疏密相同的液体时，就会被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声光栅。 超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。在一定条件下前进波与反射波叠加而形成超声频率的纵向振动驻波，加强波源和

2、反射面之间液体的疏密变化程度。在这些驻波中，稀疏作用使液体折射率减小，而压缩作用使液体折射率增大。当单色平行光垂直于超声波传播方向通过上述液体时，因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条纹。 本实验观察的是超声波先后垂直通过水层和油层，使单色光垂直超声波传播的方向入射，然后通过改变水层与油层的厚度，观察水层、油层及其界面的光谱。三、实验装置：JJY分光计, WSG-I超声光栅声速仪, 钠灯等，装置如下： 图一图一为实验装置示意图。其中，1为单色光源，2为分光计狭缝，3为分光计平行光管，4为分光计载物台，5为超声池接线柱，6为超声池，7为分光计望远镜，8、9为测微

3、目镜。接线柱接出信号线接至电源箱的输出端，由电源箱提供高频信号 。四、实验步骤：1、分光计的调整（调整方法可参阅说明书）；2、采用钠灯作光源；3、先将水注入到液体槽内，然后注入油，使油尽量铺成薄薄一层；4、将液体槽（也称超声池）放置于分光计的载物台上，放置时，使超声池两侧表面基本垂直于望远镜和平行光管的光轴；5、开启超声信号源电源，从阿贝目镜观察衍射条纹，细微调节旋纽，改变电振荡频率，直到从目镜中观察到稳定而清晰的衍射光谱；6、取下阿贝目镜，换上测微目镜，调焦目镜，使清晰地观察到衍射条纹，利用测微目镜逐级测量其位置读数；7，改变水层及油层厚度，重复5、6步；8、用逐差法求出条纹间距的平均值。五

4、、数据记录：(水层条纹位置)油层厚度-3级-2级-1级0级1级2级3级0cm1.7682.5523.3314.1214.9105.7050.8cm1.9482.7173.5164.2985.0915.8760.9cm2.0012.78.3.5724.3195.1255.8941cm2.0152.7823.5654.3715.1315.9051.1cm2.0202.7983.5724.3445.1125.9101.2cm2.0092.7823.5604.3565.1255.9111.3cm2.0122.7853.5574.3505.1325.8901.45cm1.9982.7783.5784.3

5、595.1395.9121.5cm1.9982.7883.5494.3455.1225.9121.6cm2.0052.7863.5574.3625.1255.9001.7cm2.0262.7883.5644.3665.1345.9051.8cm2.0012.7903.5704.3685.1425.9211.9cm2.0082.7883.5474.3565.1185.8992.0cm2.0002.8113.6014.3765.1565.9322.1cm2.0422.8123.5854.3765.1585.9112.2cm2.0522.8183.5944.3795.1595.9382.4cm2.0

6、482.8303.5864.3625.1565.9202.7cm2.0302.0323.5804.3825.1585.9203cm2.0502.8053.5784.3735.1525.9233.2cm2.0252.7953.5784.3765.1335.9123.6cm2.0412.8053.5834.3765.1505.9213.8cm2.0442.8003.5724.3605.1505.9224.5cm2.0432.8103.5804.3525.1495.9185cm2.0122.7823.5594.3655.1395.8955.6cm2.0152.8003.5524.3355.1215.

7、9026.2cm2.0202.7923.5584.3575.1165.886六、数据处理：用逐差法求出条纹间距（共26组数据）123456780.78720.78710.77610.78280.77510.78230.77980.78409101112131415160.78270.78210.78080.78560.78110.78360.77840.779117181920212223240.77460.77980.77940.78030.77980.77960.77620.782925260.77790.7766七、实验结论：本实验对油层的厚度进行了一系列的改变，在此基础上测量了水层条纹的位置，进而用逐差法进行计算，得出不同油层厚度下水层的条纹间距。通过对实验数据的分析，我们得出结论：油