超聲光柵與透明液體中聲速的測(cè)(333)

《超聲光柵與透明液體中聲速的測(cè)(333)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、中國(guó)石油大學(xué)近代物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)：班級(jí)：應(yīng)用物理學(xué)09-2班姓名：王國(guó)強(qiáng)同組者：莊顯麗教師：實(shí)驗(yàn)4-1超聲光柵與透明液體中聲速的測(cè)量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、觀察并體會(huì)液體中超聲光柵衍射現(xiàn)象2、學(xué)習(xí)一種測(cè)定透明液體中的聲速的方法3、了解產(chǎn)生超聲波的方法【實(shí)驗(yàn)原理】超聲波在液體中以縱波的形式傳播，在波前進(jìn)的路徑上，液體被周期壓縮與膨脹，其密度產(chǎn)生周期性的變化，形成所謂疏密波。因?yàn)橐后w對(duì)光的折射率與液體的密度有關(guān)系，所以隨著液體密度周期性地變化，其折射率也在周期地變化。如圖（4-1-1）所示。液體中折射率

2、周期性變化的區(qū)域起到了與光學(xué)上平面光柵相類似的作用，當(dāng)入射光線和超聲波前進(jìn)方向互相垂直時(shí)，發(fā)生衍射，這種衍射即為喇曼-奈斯衍射。習(xí)慣上，我們常把透明液體（或固體）中由于超聲波使折射率周期性地變化的現(xiàn)象稱為超聲光柵。所對(duì)應(yīng)的光柵常圖4-1-1超聲駐波數(shù)，即為兩個(gè)相鄰疏密部分之間的距離，由圖（4-1-1）可見(jiàn)，就是超聲波的波長(zhǎng)Λ。由光學(xué)理論，一波長(zhǎng)為λ的平面光垂直通過(guò)光柵常數(shù)為d的光柵時(shí)，其第k級(jí)亮條紋的衍射角滿足關(guān)系式k=0,1,2…（4-1-1）對(duì)于超聲光柵，由于其光柵常數(shù)等于超聲波的波長(zhǎng)Λ，因

3、此上式可以寫(xiě)成k=0,1,2…（4-1-2）當(dāng)很小時(shí)，上式又可以寫(xiě)為k=0,1,2…（4-1-3）顯然，只要已知入射光波波長(zhǎng)λ，測(cè)出第k級(jí)衍射條紋對(duì)應(yīng)的衍射角，以及超聲波的頻率f，就可以得到透明液體中的聲速v為(4-1-4)實(shí)驗(yàn)中，我們所觀察到的超聲光柵和光學(xué)上的平面光柵所產(chǎn)生的衍射圖樣不完全相同，光通過(guò)超聲光柵后的衍射圖樣往往不象通過(guò)光學(xué)光柵后的衍射圖樣那樣整齊，而是缺失高級(jí)條紋，并且零級(jí)條紋強(qiáng)度較大（如圖4-1-3所示），這與液槽兩壁之間的距離有關(guān)，液槽兩壁之間的距離越大，這種缺級(jí)現(xiàn)象越為嚴(yán)

4、重。5【實(shí)驗(yàn)儀器】實(shí)驗(yàn)裝置如圖4-1-4所示，包括WSG-1超聲光柵聲速儀和光路系統(tǒng)兩部分。圖4-1-3光路系統(tǒng)由光源、分光計(jì)（JJY-1?）、液體槽、測(cè)微目鏡等組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)首先對(duì)分光計(jì)進(jìn)行調(diào)整。。目鏡調(diào)焦使視野中分劃板刻線清晰，并以平行光管出射的平行光為準(zhǔn)，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距使狹縫像清晰，狹縫像應(yīng)細(xì)銳明亮。圖4-1-4分光計(jì)調(diào)整好后，安裝上液體槽，槽內(nèi)注入待測(cè)液體，扣上蓋板，并用導(dǎo)線與超聲光柵聲速儀連接。打開(kāi)光源和超聲光柵聲速儀，適當(dāng)調(diào)節(jié)輸出頻率，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡可看到清晰的衍射條紋，此時(shí)將阿貝

5、目鏡換為測(cè)微目鏡，就可測(cè)量衍射條紋間距。WSG-I超聲光柵聲速儀及實(shí)驗(yàn)裝置圖光源可使用鈉燈或汞燈。鈉燈發(fā)射的鈉黃光波長(zhǎng)為589.3nm。汞燈含有三條譜線，分別是：汞藍(lán)光，波長(zhǎng)為435.8nm；汞綠光，波長(zhǎng)為546.1nm；汞黃光，波長(zhǎng)為578.0nm。設(shè)入射光波長(zhǎng)為，級(jí)衍射條紋間距為，則第級(jí)衍射條紋對(duì)應(yīng)的衍射角為（4-1-18）其中F是望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距，對(duì)JJY-1?型分光計(jì)，。從超聲光柵聲速儀上讀出當(dāng)前超聲波頻率，則根據(jù)（4-1-3）式和（4-1-4）式可得透明液體中的聲速為（4-1-19）【數(shù)

6、據(jù)記錄及處理】1、幾種透明液體中的聲速（1）實(shí)驗(yàn)所得聲速計(jì)算仔細(xì)對(duì)光路系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，分光計(jì)調(diào)整好后適當(dāng)調(diào)節(jié)輸出頻率，使通過(guò)望遠(yuǎn)鏡可看到清晰的衍射條紋，再將阿貝目鏡換為測(cè)微目鏡，測(cè)量衍射條紋間距，得到不同液體各級(jí)衍射條紋位置，如表1：表1不同液體各級(jí)衍射條紋位置記錄數(shù)據(jù)表（mm）乙醇：水(體積比）第-2級(jí)第-1級(jí)第0級(jí)第1級(jí)第2級(jí)頻率?/MHz1:11.6922.553.3794.2185.08316.182:12.453.3654.295.2026.113161:22.9043.6684.455

7、.2476.0518.864:12.513.5174.5125.5076.51519.451:42.8383.5964.395.2176.02820.8510:12.293.3384.375.426.4817.471:92.4223.3824.2255.1386.0218.125乙醇2.0253.1414.2555.3856.51914.92純水2.4653.2584.0574.8455.63111.85由于級(jí)衍射條紋間距為，，結(jié)合公式（4-1-19），其中，鈉燈發(fā)射的鈉黃光波長(zhǎng)為589.3nm

8、，F(xiàn)是望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距，對(duì)JJY-1?型分光計(jì)，，可得：對(duì)于乙醇：水=1:1（體積比）的液體有，，對(duì)于乙醇：水=2;1(體積比)的液體有，，同理可得不同液體中的聲速，如表2：乙醇：水（體積比）1:10.8341.69551943.55944841912.0360721927.79776022:10.91851.83151745.1235711750.36418241747.74387671:20.78951.5732393.17753012402.30598862397.74175934:10.9