超声光栅测液体中的声速

1/11超声光栅测液体中的声速王涛摘要：引言:声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生的衍射布里渊(L.Brillouin)就预言：“当高频声波在液体内传播时，如果后得到了验证：1935年，拉曼(Raman)和奈斯(Nath)通过大的最大位移(振幅)，Ts为超声波的周期，Λ为超声波波长。2/11当这一超声行波在液体中传播时，会造成液体的局部压缩和度也会发生周期性的变化。压缩作用会使液体的局部密度变大，液体的局部密度周期性变化必然导致液体折射率和相位的周期3/11x方向各点的振幅为2Acos(2πx/Λ)，是x的函数，随x呈周期性变化(波长为Λ)，光栅某一时刻，驻波的任一波节两边的质点都涌向这个节点附近形成质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏变为密集声驻周期液槽内距波长Λ的任何两点处，液体的密度、折射率相同。因此，4/11播的液体相当于一个相位光栅，光栅常数就是超声波2、利用超声光栅衍射(拉曼－奈斯型衍射)测量液体中声速这时，因折射率的周期性变化将使光波通过液体后在原先的波阵面上产生相应的周期变化的位相差，在某特定方向上，出射光束会相干加强(或减弱)，产生衍射，经透镜聚焦后，即可在焦平面条纹。根据光栅方程可得Λsinθk＝kλ(k＝0，±1，±2，±3,…)可近似有sinθk＝dk/f(其中dk为衍射光谱上零级至k级的距离，字叉丝像与分划板上的叉液槽中传播的超声波的频率υs可由超声光栅仪上的频率计读出，波在液体中传播的速度为实验仪器：分光计、超声光栅仪、玻璃液槽、高压汞灯、测微目镜、待测液体(水)。实验步骤：5/116/112)调节望远镜主轴垂直于载物台转轴7/113)调节分划板上十字叉丝水平与垂直。转动载物台，从目镜中观察绿十字像是否沿叉丝水平线平行移动，若不平行，则可转动分划板套筒使其平行(注意不要破坏望远镜的调焦)。4)调节准直管发出平行光且准直管主轴与转轴垂直。1)液槽内充好液体后，连接好液槽上的压电陶瓷片与高频功率信号源上的连线，将液槽放置到分光计的载物台上，调节载物台水平调节螺丝，使反射回的绿十字8/112)调节准直管套筒，使狭缝像与分划板调整叉丝竖线重合。调节高频功率信号源的频率，使可以观察到±33)将望远镜目镜换成测微目镜，前后移动测微目镜使衍射条纹最清晰，旋转测微目镜，使目镜视场中分划板1)将测微目镜分划板标尺移至-3级紫光衍射条纹左侧，级条纹位置Xk1,再反向进行测量(共3次)。3)利用逐差法，计算出相邻条纹间距ΔL。温度温度24℃湿度46%气压紫光绿光黄光mnm2.4090.7521.5281.1060.9131.1481.0450.2700.9813.0101.3032.0801.8551.6051.8301.7650.9651.7603.5821.8582.6622.5102.3142.5182.4921.6852.4554.7052.9063.7943.9353.7273.9003.9813.1903.9285.2853.4604.3214.6504.4194.6114.7173.9104.6805.8734.1064.8905.3305.1155.2355.4534.6625.3680.57020.56160.56130.70370.69540.68750.73740.74080.7317-3-2-11239/11U/mm9802声速V=相邻x3(L-L)误差4、实验环境条件(温度、气压等)造成的误差误差处理：11123=0V注意事项1．锆钛酸铅陶瓷片未放入有媒质的液体槽前，禁止开启信号源。2．实验过程中要防止震动，也不要碰触连接超声池和高频电源的两条导线。因为导线分布电容的变化会对输出电频率有微小影响。只有压电陶瓷片表面与对面的玻璃槽壁表面平行时才会形成较好的表面驻波，因而实验时应将超声池的上盖盖平。3．一般共振频率在11MHz左右，WSG－Ⅰ型超声光栅仪给出9.5-12MHz可调范围。在稳定共振时，数字频率计显示的频率值应是稳定的，最多只有末尾1－2个单位数的变动。4．实验时间不宜太长。特别注意不要使频率长时间调在11MHz以上，以免振荡线路过热。5．测量完毕应将超声池内待测液体倒出，不能长时间将锆钛酸铅陶瓷片浸泡在液体槽内。6．声波在液体中的传播与液体温度有关，要记录待测液体温度，并进行温度修正。7．提取液槽应拿两端面，不要触摸两侧表面通光部位，以免污染，如已有污染，可用酒精乙醚清洗干净，或用镜头纸擦净。槽壁会