利用超声光栅测定液体中的声速(精).pdf
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1、利用超声光栅测定液体中的声速实验简介:实验简介: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。1922 年布里渊(Brillouin,L.18891969)曾预言液体中的高频声波能使可见光产生衍射效应, 10年后被证实。1935 年拉曼(Raman,C.V.18881970)和奈斯(Nath)发现,在一定条件下,声光效应的衍射光强分布类似于普通光栅的衍射。 这种声光效应称作拉曼奈斯衍射, 他提供了一种调控光束频率、 强度和方向的方法。 本实验要求在理解超声光栅基本原理的基础上掌握实验的调节和测量方法。实验目的:实验目的:1、了解超声光栅产生的原理。2、了解声波如何对光信号进行调
2、制。3、通过对液体(非电解质溶液)中的声速的测定,加深对其概念的理解。实验仪器:实验仪器:超声光栅实验仪(数字显示高频功率信号源及内装压电陶瓷片的液槽) 、分光计、低压汞灯、温度计。超声池汞灯分光计实验原理:实验原理:1 1、超声光栅的形成、超声光栅的形成在透明介质中传播的超声波使介质的局部发生周期性的压缩与膨胀, 以至密度随之发生相应的变化,某时刻,纵驻波的任一波节两边成为质点密集区, 而相邻的波节处为质点稀疏区;半个周期后两个节点附近的质点又向两边散开变为稀疏区, 相邻波节处变为密集区。 稀疏区作用使介质折射率减小,而压缩作用使介质折射率增大(如图1 所示) 。单色平行光束沿着垂直于超声波
3、传播方向通过槽中的液体时, 因超声波的波长很短, 只要槽足够宽,槽中的液体就像一个衍射光栅,途中的声波波长就相当于光栅常数。y密疏t疏nn0nmaxnminyT疏密t 密2nn0nmaxnmin2 2、光栅常数的测量及声速的计算:、光栅常数的测量及声速的计算:密nmax反疏射板图 1 在t和t T(T2为超声振动周期) 两时刻振幅y, 液体疏密分反密射板布和折射率n的变化疏nminsin(k) k(k SL1PZTL2图 2超声光栅衍射光路根据光栅方程,衍射的主极大(光谱线)由下式确定:2,1,0,1,2,)其中为光源波长,k为干涉级数,k为光栅衍射零级至k级光谱的夹角。超声的实验光路图如图
4、2 所示,实际上因角很小,可以认为k k所以超声波波长 k/k超声光栅在液体中的传播速度Vf式中:f是高频功率信号源与压电陶瓷的共振频率。实验内容及实验步骤:实验内容及实验步骤:1、分光计的调整 (调整方法见分光计的使用实验) ,用自准直法使望远镜聚焦于无穷远,望远镜的光轴与分光计的转轴中心垂直, 平行光管与望远镜同轴并出射平行光, 观察望远镜的光轴与载物台的台面平行。目镜调焦使看清分划板刻线,并以平行光管出射的平行光为准,调节望远镜使观察到的狭缝清晰,狭缝应调至最小,实验过程中无需调节;2、将待测液体(如蒸馏水、乙醇或其他液体)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;3、将此液
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- 利用 超声 光栅 测定 液体 中的 声速
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