利用超声光栅测声速

实验24

利用超声光栅测声速授课老师：张薇薇内容索引NEIRONGSUOYIN02.实验目的03.实验仪器01.实验背景04.实验原理05.实验内容06.注意事项电脑桌(对学号入座,到实验台签到，打开学习通签到，实验报告封皮填全！）上课时间：2025年10月21日

第34周

周二1、2节;指导教师：张薇薇131415161718192065871091211门222室座位表不要动仪器！不要动仪器！不要动仪器！2143

实验题目：利用超声光栅测声速电脑桌(对学号入座,到实验台签到，打开学习通签到，实验报告封皮填全！）上课时间：2025年10月21日

第34周

周二1、2节;指导教师：张薇薇33343536373839402625282730293231门222室座位表不要动仪器！不要动仪器！不要动仪器！22212423

实验题目：利用超声光栅测声速实验背景01光栅聚光透镜--用衍射光栅测量光波波长知识回顾蝴蝶翅膀反射光栅结构光栅光谱仪光栅衍射原理分光

1935年拉曼（Raman）和奈斯（Nath）发现，当光通过有超声波存在的透明介质时，会发生衍射现象，这种衍射称作拉曼--奈斯声光衍射。

1922年布里渊（Brillouin）曾预言液体中的高频声波能使可见光产生衍射效应。光通过处在超声波作用下的透明介质时发生衍射的现象称作声光效应。这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。实验背景声光可调谐滤波器声光调制器声光Q开关声光效应的应用

声光效应提供了一种调控光束频率、强度和方向的方法。实验目的021.了解超声光栅的产生原理。2．学习利用超声光栅测量超声波在液体中传播速度的方法。实验目的实验仪器03实验仪器超声信号源、分光计、液体槽、测微目镜、锆钛酸铅陶瓷片。压电陶瓷片水槽信号源测微目镜实验原理041.压电陶瓷片

实验原理

压电陶瓷片是超声光栅实验仪器的核心元件，实际上是一个传感器，能把电信号转换为振动信号。当加在陶瓷片上的电压发生变化时，宏观上表现为陶瓷片的厚度发生变化，即发生振动，振动在媒质中传播就是波，一旦振动频率高于20000Hz，这个波就是超声波(压电陶瓷片的这种特性被称之为逆压电效应)。液体疏密分布与折射率n的变化情况2.超声光栅的形成

超声波在液体中传播时，其声压使液体分子产生周期性变化，促使液体的折射率变化，形成疏密波。人们把这种载有超声的透明液体，称为超声光栅。光栅常数等于超声波波长。实验原理AAAA光源PZT控制电源分划板对于超声光栅，由于光栅常数等于超声波的波长A，因此:当

很小时，可近似有

，可以认为各级衍射线是等间距分布的，则超声波波长为：液体槽中传播的超声波频率

可由超声光栅声速仪上的频率计读出，则超声波在液体中的传播速度为：

3.液体中测声速的原理

（其中，

为望远镜目镜焦距；

为光波波长；

为压电陶瓷片的共振频率；

为单色光衍射

条纹间距。）

实验内容05压电陶瓷片水槽信号源测微目镜

1.按分光计调节要求（望远镜适合接收平行光，平行光管发出平行光）调好分光计。

2.将液体槽平稳地放置在液体槽座中，使液体槽两侧表面基本垂直于望远镜和平行光管的光轴。

3.将待测液体注入液体槽内，液面高度以液体槽侧面的液体高度刻线为准。

4.将两条高频连接线的分别插入液体槽盖板和信号源输出端，然后将盖板盖在液体槽上。实验内容（以钠光光源为例）5.开启信号源电源，从目镜中观察衍射条纹。仔细调节超声信号源频率微调旋钮，使衍射光谱的级次增多且明亮。

6.左右转动液体槽，使视场内的衍射光谱左右级次亮且对称，直到从目镜中观察到稳定而清晰的

6

条以上衍射条纹为止。7.取下阿贝目镜，换上测微目镜。调节目镜至能清晰地观察到叉丝和衍射条纹。8.利用测微目镜测量各级衍射条纹的位置（例如：从-2，-1，0，+1，+2，+3），记入表1，再用逐差法求出条纹间距的平均值。9.记录超声信号源电振荡频率ν

=

MHz。

实验内容-2-10123

表1.超声光栅光谱线的分布

电振荡频率

ν

=

MHZ(单位：mm)

级差

色

表2.衍射条纹的平均间距及声速(单位：mm,m/s)1.用逐差法求各单色光衍射条纹间距平均值并计算相应的声速u。

已知：望远镜物镜焦距(JJY型)为=170mm，钠光波长

=589.3nm。

2.计算声速平均值。钠黄光钠黄光数据记录与处理级色附：测微目镜读数34-30-2-112玻璃标尺分度值：1mm鼓轮分度值：0.01mm读数=玻璃尺整毫米读数+（鼓轮读数+估读位）×0.01mm=3mm+42.5×0.01=3.425mm-4-5注意事项061.按标注的水位线往水槽里注水；2.实验中不要弯折、触碰高频信号线；3