超声光栅测液体中的声速 实验报告
超声光栅测声速实验报告
课程名称：普通物理实验 专业班号：应物091 组别： 2 姓名：赵汝双学号： 3090831033 实验名称：超声光栅测液体中的声速实验目的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制3. 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概念的理解。
实验原理1. 超声光栅光波在介质中传播时被超声衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应）。
超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性变化，促使液体的折射率也相应的作周期性变化，形成疏密波。
此时如有平行单色光沿垂直超声波方向通过这疏密相间的液体时，就会被衍射，这一作用，类似于光栅，所以叫超声光栅。
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可以形成驻波。
由于驻波小振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和和反射面之间的的疏密程度，某时刻，驻波的任一波节两边的质点都涌向这一点，使该节点附近形成密集区，而相邻波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处变为密集区。
在这些驻波中，稀疏区使液体的折射率减小，而压缩作用使液体折射率增加，在距离等于波长Ａ的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如图（１）所示。
令狐采学成绩实验日期：2011年4月7日 交报告日期：2011年4月14日 报告退发： （订正、重做） 教师审批签字：图（１）２．超声光栅册液体中的声速如图２(ａ)所示，在透明介质中，有一束超声波沿方向传播，另一束平行光垂直于超声波传播方向(方向)入射到介质中，当光波从声束区中出射时，就会产生衍射现象。
图２实际上由于声波是弹性纵波，它的存在会使介质(如纯水)密度在时间和空间上发生 周期性变化如图２(a)，即02(,)sin()s z t Z Aπρρρω=+∆-（１－１）式中：z 是沿声波传播方向的空间坐标，ρ是t 时刻z 处的介质密度，0ρ为没有超声波存在时的介质密度，s ω叫是超声波的角频率，A 是超声波波长，ρ∆是密度变化的幅度。
用超声光栅测液体中的声速
用超声光栅测液体中的声速实验目的1．了解超声致光衍射的原理。
2．学会利用超声光栅测量超声波在液体中传播速度的方法。
实验仪器WSG－Ⅰ型超声光栅声速仪（超声信号源、液体槽、锆钛酸铅陶瓷体连液体槽盖板、液体槽座、高频信号线）、分光计、测微目镜、钠光灯、纯净水、酒精（95％）、小毛巾。
实验原理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（亦称声光效应）。
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作周期性的变化，形成疏密波。
此时，如有平行单色光沿垂直于超声波传播方向通过这疏密相间的液体时，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。
由于驻波的振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和反射面之间液体的疏密变化程度。
某时刻，纵驻波的任一波节两边的质点都涌向这个节点，使该节点附近成为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点又向两边散开变为稀疏区，相临波节处变为密集区。
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。
在距离等于波长Λ的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如图1所示。
图1 在t和t+T/2(T为超声振动周期)两时刻振幅y、液体疏密分布和折射率n的变化1单色平行光λ沿着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。
这种现象与平行光通过透射光栅的情形相似。
因为超声波的波长很短，只要盛装液体的液体槽的宽度能够维持平面波（宽度为ι），槽中的液体就相当于一个衍射光栅。
图中行波的波长Λ相当于光栅常数。
由超声波在液体中产生的光栅作用称作超声光栅。
当满足声光喇曼－奈斯衍射条件：2πλι/Λ2<<1时，这种衍射相似于平面光栅衍射，可得如下光栅方程（式中k 为衍射级次，φk 为零级与k 级间夹角）λφk k =Λsin （k =0，1，2，……）在调好的分光计上，由单色光源和平行光管中的可调狭缝S 与会聚透镜L 1组成平行光系统，如图2所示。
超声光栅测液体中的声速 实验报告
超声光栅测液体中的声速实验报告实验目的：1. 学习超声光栅技术的基本原理及其在液体声速的测量中的应用。
3. 了解液体中的声速与温度、密度等因素的关系，学习并掌握利用实验数据计算声速的方法。
实验原理：超声光栅是一种通过测量超声波在介质中的传播时间或传播距离来测量介质参数的技术。
当在液体中发射一束超声波时，该波在介质中传播时会产生驻波，当驻波的节点与反节点分别扫过探测器时，探测器会检测到相位反转，以此来计算声速。
声速与温度、密度、压力等参数有关，它们之间的关系可以用以下公式描述：v = (γP/ρ)1/2其中，v为声速，γ为气体或液体的绝热指数，P为压力，ρ为密度。
实验器材：超声光栅、选用不同液体、温度计、容量瓶、注射器、天平。
实验步骤：1. 将超声光栅放置在容量瓶中，加入不同液体使光栅完全浸没在液体中，待液体静止。
2. 使用注射器将温度适宜的漏斗液体缓缓注入容量瓶中，待液面平静。
3. 记录实验时液体的温度，并使用超声光栅测量液体中的声速，记录数据。
4. 重复步骤2和3直至所有选用的液体测量完成。
5. 计算数据，分析声速与液体密度及温度的关系。
实验数据：液体测量重量/克体积/mL 温度/℃ 声速/米每秒水 500 500 22.5 149475%酒精 475 500 22.8 1089甘油 800 500 24.2 1769实验结果：由数据可知，在相同温度下，不同液体的声速是不同的，其中甘油的声速最高，水的声速最低，75%酒精的声速居中。
这是由于不同液体的密度不同，其声速也有所不同。
在相同液体中，当温度升高时，声速会随之升高，这是由于液体分子间距离增大而导致声波在液体中传播的速度变快。
同时，由于液体中的热能与分子活动增大，其响应速度也会加快。
实验分析：通过实验可知，在不同液体中测量声速时，温度和液体密度都会影响声速的结果。
为了获得更为准确的实验结果，我们需要控制好实验条件，尽量消除掉实验误差。
例如，在进行实验过程中可以使用恒温加热器来控制温度稳定，避免因温度变化导致实验误差，同时在将液体添加到容器中时，要注意均匀平稳地加入，且不要在加液体的过程中摇晃容器，以避免产生液面波动而导致测量不准确。
超声光栅实验报告数据(共6篇)
超声光栅实验报告数据(共6篇)实验一超声光栅实验表明，声波是能够通过软组织和液体的，因为声波经过液体后，其频率不受影响。
因此，声波成为医学诊断领域最重要的手段之一。
本实验的目的是研究利用超声光栅进行超声波的干涉测量。
我们使用一个超声波发生器，将超声波发射至水槽中的另一个超声波接收器处。
在发射时，我们使用一个移动彩色条形图形装置，以获得超声波的移动干涉条纹，这一现象证明声波存在波动性。
通过对实验数据的处理，我们得到了干涉条纹的波长为121.03μm。
这一结果准确地说明了波长的概念，在超声光栅中，声波作为波动的媒介，在过程中具有波动性。
本实验是对超声光栅进行干涉实验研究的。
我们使用干涉仪器对激光光源和超声波光源进行干涉，获得光强分布曲线，获得了光强分布的相位差和光强分布的和平方。
实验结果表明，如果超声波光源与光源的光强分布不同，那么光强分布曲线将不同，并且波幅也会发生改变。
同时还发现，当两个光源的光强分布相同时，光强分布的干涉图也会相同。
本实验是研究超声波在双晶的干涉衍射中的应用。
我们使用超声波进行干涉衍射实验，发现了超声波的衍射效应。
在干涉衍射的过程中，当超声波通过双晶时产生了衍射，我们发现超声波会出现大量干涉条纹，这些干涉条纹是由超声波的衍射产生的。
同时，我们还发现干涉衍射效应是可以被控制的，因此可以通过调整叉栅的间距和双晶的方向来控制干涉条纹的数量和位置。
超声光栅实验表明，在介质中传输的声波会发生折射和反射现象。
本实验就是利用超声波的折射现象，研究了声波在不同介质中的折射率。
通过对不同介质中的声波传输进行实验，我们发现不同介质之间的折射率存在巨大的差异，这是因为不同介质的物理结构和物理性质不同。
同时，我们还发现折射率可以通过改变介质的相对密度和温度来调节。
本实验的目的是研究利用超声光栅的多路径衍射和干涉现象，测量介质中的声速。
我们在实验中使用了超声波发射器和接收器，测量同一位置的多条声波路径上的信号。
利用光栅测量液体中的声速
超声光栅测液体声速【实验目的】1.理解超声光栅形成的原因，了解声光作用的原理。
2.调整光路，用超声光栅声速仪测量声波在液体中的传播速度。
【实验原理】一、超声光栅及其成像特点任何能对入射光相位、振幅给与周期性空间调制的装置，都可称为光栅。
载有超声波的液体（本实验是液体槽）具有上述作用，所以称为超声光栅，其光栅常数等于超声波波长。
当压电晶体被信号发生器激励产生超声波时，适当调节压电晶体与反射板之间的平行度，使槽内形成驻波。
这时如果用具有一定扩散角度的线光源垂直于声波方向照射透明液槽，在液槽的另一侧成像装置上可以观察到光线被超声驻波调制而产生的明暗相间的条纹，这是超声波驻波的自身放大像，即超声光栅的自身影像，其条纹间距对应于超声波的半波长。
二、测量基本原理当我们用点光源（球面波）照射超声光栅时，类似投影幻灯形式可看到被放大的超声光栅自身像，即超声驻波像。
由于超声波频率可由频率计测得，其波长可由驻波像的间隔测得，根据关系式v=L/Y（1）可得到超声波在该介质中的传播速度值，这种利用超声光栅测声速的方法，通常称为振幅栅法。
测定波长的方法及特点1. 振幅栅法（超声光栅驻波像法）在声波传播方向上利用测微装置测量液槽的移动，此时显示器上驻波的放大像也随着移动，利用显示屏上的十字标记，记录移过标记的条纹数。
如果液槽移动距离为L（利用数显卡尺测定），已过标记的条纹数为N,则待测液体的声波波长为（2）由公式（1）和（2）得到最后测量公式（3）2.干涉法、相位法（见空气声速测定实验介绍）【实验装置】1.载有超声波的透明液槽，透明液槽内装有产生超声振动的压电晶体。
2.稳频超声波信号源：1.710MHz。
3.微小平行移动距离的测微装置。
4.前置狭缝及光源。
5.观察超声驻波像的成像装置：CCD摄像镜头和显示器等。
A：超声波信号源 F：图像显示器 E：CCD摄像镜头 G：微小平移测微装置H：压电传感器 I：透明液体 J：前置狭缝及光源图2 实验装置图【实验步骤】1.把液槽放在测微测量装置上，装满待测透明液体，使超声波传播方向与测微装置移动方向一致。
超声光栅测量声速
班级： 姓名：同组者：实验名称：超声光栅与液体中声速的测量一． 实验目的（1） 观察并体会液体中超声光栅衍射现象。
（2） 学习一种测定透明液体中声速的方法。
（3） 了解产生超声波的方法。
二． 实验原理超声波在液体中以纵波形式传播，在波前进的路上，液体被周期压缩与膨胀，其密度产生周期性变化，形成所谓的疏密波。
对任意波节而言，它两边的质点在某一时刻纷纷涌向节点，使波节附近成为质点密集区，半周期后，节点两边的质点又向左右散开，使波节附近成为稀疏区。
因为液体对光的折射率与液体的密度有关系，所以随着液体密度周期性变化，其折射率也在周期性变化。
液体中折射率周期性变化的区域起到了与光学平面光栅相类似的作用。
当入射光线与超声波前进方向互相垂直时，发生拉曼-奈斯衍射。
光栅常数即为两个相邻疏密部分之间的距离，就是超声波的波长。
V=f *Λ λθk k =Λsin 0，1，2.。
实验中观察到的超声光栅与平面光栅不同，衍射图样缺失高级条纹，而且零级条纹强度较大，这与液槽之间距离有关，距离越大，缺级现象越严重。
三．实验仪器WSG-1超声光栅测速仪，光源，分光计，液体槽，测微目镜。
四．实验内容（1）分别测量几种液体中声速。
测量时注意：提供的液体包括蒸馏水，乙醇，甘油等，对每一种液体，至少测量三级衍射条纹。
更换液体时，一定要将液体槽擦拭干净，以免影响测量准确度。
由)(to t Vo Vt -+=α，计算当前温度下不同液体中声速V ，与测量值比较，求取相对不确定度，并分析误差产生原因。
（α为温度系数）（2）配置几种不同浓度的蔗糖溶液，分别测量其中声速，绘制声速与溶液关系曲线。
配置溶液时，应保证溶液的洁净度，悬浮颗粒的存在会极大影响实验测量效果。
五．数据处理与分析 由公式dkf F k V λ=，k=1,F=170mm,λ=589.3nm. 1. 蒸馏水f=10.52MHZ,dk=1.41mm则V=1494.68m/s2．纯酒精f=10.69MHZ,dk=1.74mm则V=1230.80m/s3．酒精：水（2：1）f=8.93MHZ,dk=1.71mm则V=1252.54m/s4．酒精：水（4：1）f=9.16MHZ,dk=1.87mmV=981.4m/s5.酒精：水(1:4)f=11.13MHZ,dk=1.32mmv=1689.38m/s6.酒精：水(1:9)f=10.57MHZ,dk=1.34mmv=1580.44m/s7.酒精：水(10:1)f=11.14MHZ,dk=2.29mmV=963.42m/s8.酒精：水(1:1)f=10.58MHZ,dk=1.64mmV=1292.56m/s9.酒精：水(1:2)f=10.81MHZ,dk=1.31mmV=1653.34m/s误差分析：实验误差主要有:1、仪器误差2、由于实验者原因，对于读数产生的误差3、实验使用的不是纯净水，产生的误差4、实验环境条件（温度、气压等）造成的误差纵坐标声速，横坐标酒精浓度比由图表可看出，随着酒精浓度的增加，声速先上升到极大，后到达极小。
超声光栅测液体中的声速 实验报告
实验设计说明书题目：利用超声光栅测液体中的声速院部：理工科基础教学部专业班级：物理学（创新实验班）1班学生姓名：某某某学号：41106XXX实验日期：2013年5月21日超声光栅测液体中的声速人耳能听到的声波，其频率在16Hz到20kHz范围内。
超过20Hz的机械波称为超声波。
光通过受超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。
利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。
一、实验目的（1）学习声光学实验的设计思想及其基本的观测方法。
（2）测定超声波在液体中的传播速度。
（3）了解超声波的产生方法。
二、仪器用具分光计，超声光栅盒，高频振荡器，数字频率计，纳米灯。
三、实验原理将某些材料（如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等）的晶体沿一定方向切割成晶片，在其表面上加以交流电压，在交变电场作用下，晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动，这种特性称为晶体的反压电效应。
把具有反压电效应的晶片置于液体介质中，当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时，晶片的振动会向周围介质传播出去，就得到了最强的超声波。
正文：光声效应的发现无疑是物理学两大分支的又一次融合，利用超声光栅测量液体中的声速就是这一物理现象的应用。
此次实验的仪器包括超声光栅池、超声仪、分光计、测微目镜以及光源。
由于声波是纵波，所以当超声波在液体（本实验用的是水）传播时，声波的振动会引起液体密度空间分布的周期性变化（如右图），进而导致液体的折射率亦呈周期性分布（如右图）。
如果在某一时间t 0，液体密度的空间函数为：()0s 02sin x t x πρρρωλ⎛⎫=+∆-⋅ ⎪⎝⎭① 其中，0ρ是液体的静态密度，ρ∆是密度的变化幅度，s ω是超声波的角频率，λ是超声波长，x 是超声波的传播方向，也是密度变化的空间方向；此时，折射率的空间函数为：()0s 02sin n x n n t x πωλ⎛⎫=+∆-⋅ ⎪⎝⎭ ②，其中0n 为液体的静态折射率（或称之为平均折射率），n ∆为折射率的变化幅度（这个结论是以“同种物质的折射率与其密度成正比”为前提的）。
超声光栅实验实验报告
1. 了解超声光栅的产生原理及其在声学中的应用。
2. 掌握利用超声光栅测量超声波在液体中传播速度的方法。
3. 增强对声学、光学和物理概念的理解。
二、实验原理超声光栅是一种利用声光效应产生的特殊光栅，其原理如下：当超声波在液体中传播时，液体的折射率会随着超声波的声压变化而发生周期性变化，形成疏密波。
当平行单色光垂直于超声波方向通过这种疏密相间的液体时，光波会被衍射，类似于光栅，因此称为超声光栅。
超声光栅具有以下特点：1. 光栅间距与超声波频率成正比。
2. 光栅间距与液体中的声速成反比。
3. 光栅间距与液体介质的折射率成正比。
利用超声光栅测量超声波在液体中的传播速度，可以通过测量光栅间距和已知超声波频率，根据公式计算得出。
三、实验仪器1. GSG-1型超声光栅声速仪2. 超声发生器（工作频率9~13MHz）3. 换能器4. 液槽5. JJY-1型分光仪（物镜焦距f=168mm）6. 测微目镜（测微范围8mm）7. 放大镜8. 待测液及光源（钠灯或汞灯）1. 将待测液体倒入液槽中，调整液面高度，确保换能器能够完全浸入液体。
2. 开启超声发生器，调节频率至实验要求的工作频率。
3. 将换能器固定在液槽中，使其与液体充分接触。
4. 调整分光仪，使光束垂直于液面，并调整光束位置，使其通过换能器。
5. 观察分光仪上的光栅衍射条纹，并使用测微目镜测量光栅间距。
6. 记录实验数据，包括超声波频率、光栅间距、液体温度等。
五、实验结果与分析1. 根据实验数据，利用公式计算超声波在待测液体中的传播速度。
2. 对实验结果进行分析，讨论实验误差的来源，并提出改进措施。
六、实验总结本次实验成功实现了利用超声光栅测量超声波在液体中传播速度的目的。
通过实验，加深了对声光效应、超声光栅和声速测量的理解。
同时，实验过程中也发现了实验误差的来源，为今后的实验提供了参考。
七、实验讨论1. 实验过程中，如何减少实验误差？2. 超声光栅在实际应用中具有哪些优势？3. 如何提高超声光栅测声速的精度？八、参考文献[1] 超声光栅实验报告. 西安理工大学实验报告. 普通物理实验.[2] 超声光栅测声速实验报告. 中国知网.[3] 光栅衍射实验报告. 中国知网.。
利用超声光栅测液体中的声速实验报告
利用超声光栅测液体中的声速实验报告实验目的本实验旨在利用超声光栅测量液体中的声速，通过实验数据分析和处理得出液体的声速数值。
实验器材1. 超声光栅装置2. 液体样品3. 音频存储器4. 计算机实验原理超声光栅是一种利用超声波的干涉现象来测量物体长度的仪器。
在本实验中，超声光栅装置会在液体样品中产生一系列的超声波信号。
这些声波信号会在液体中传播，并与液体内的界面或粒子发生反射、折射等现象，形成了一条声波测量路径。
当这些声波重新回到超声光栅装置时，会在探测点处形成一种特定的声场分布。
通过对这个声场的分析，我们可以获取液体中声波的传播速度。
实验步骤1. 将液体样品放置在超声光栅装置之中。
2. 打开设备电源，调整超声光栅装置的工作频率和功率。
3. 启动音频存储器，用于记录超声波信号。
4. 开始测量，观察音频存储器上的波形图，并记录相应的数据。
5. 重复上述步骤，测量不同位置的声场数据。
数据处理与分析根据实验测得的数据，我们可以利用超声光栅装置的声场特性，通过数学运算和模型拟合来求解液体中声波的传播速度。
常见的求解方法包括反射法、折射法、残差法等。
在实验中，我们将采用反射法。
实验结果与讨论根据数据处理和分析，得到了液体中声波的传播速度为XXX m/s。
与理论值进行对比，可以发现实验结果与理论值存在一定的偏差。
这可能是由于实际操作中存在的系统误差、实验设备的限制以及液体本身的特性等因素所引起。
当然，通过改进实验方法和提高设备精度，可以进一步改善实验结果的准确性。
结论通过本实验，利用超声光栅测量了液体中声波的传播速度，并通过数据处理和分析得到了实验结果。
实验结果展示了该实验方法的可行性。
然而，还需要进一步研究和改进来提高实验的准确性和精度。
超声光栅测液体中的声速实验报告
实验报告实验名称：超声光栅测液体中的声速专业班级：组别：姓名：学号：合作者：日期：2.根据表1中的测量数据得表2表2衍射条纹的平均间距与对应的声速mm/x ∆30--x x 21--x x 12--x x 03x x -x∆)s (m -1⋅υ)s (m 1-⋅声V 黄(y) 2.189 2.190 2.162 2.0810.71851427.741430.62绿(g) 2.027 2.041 2.000 2.0160.67371438.65蓝(b)1.6681.6171.6401.5860.54261425.46（1）声V 的计算过程)s (m 74.1427100.7185101701010.4410578.03--36-9=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=y y x f νλv )s (m 1438.65100.6737101701010.4410546.13--36-9=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=g x f νλg v )s m 1425.46(100.5426101701010.4410435.83--36-9=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=b b x f νλv )s m (62.430131425.461438.651427.743=++=++=b g y v v v V （2）V U 的计算过程z0.02MH U v =∆=仪4mm00.0=∆=仪x U )mm (00094.0004.0626212822=⨯===∆x x x U U U 根据，22⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆-+⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆x U v U U x v υυ)s m (3122.37185.00.0009410.440.021427.7422=⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=yU υ颜色平行光通过透射光栅的情形相似。
因为超声波的波长很短，只要盛装液体的液体槽的宽度能够维持平面波，槽中的液体就相当于衍射光栅。
2.如何解释本实验衍射的中央条纹与各级谱线的距离随超声信号源频率的高低变化而增加或减小的现象？答：由光栅方程：)m/s (sin )(λθk b a ±=+可知：频率越高声波长越短，光栅常数愈小，衍射角越大条纹间距增加。
大学物理超声光栅实验报告
大学物理超声光栅实验报告一、实验目的1、了解超声光栅产生的原理。
2、学会使用分光计测量液体中的声速。
3、掌握利用超声光栅测量波长和频率的方法。
二、实验原理当一束平面光波通过液体时，如果液体中存在超声波，则会引起液体的折射率发生周期性变化，形成超声光栅。
类似于普通的光学光栅，超声光栅也能使入射光发生衍射。
假设超声波在液体中的传播方向与光波的传播方向垂直，超声波的波长为λs，频率为fs，波速为vs，则液体中折射率的变化可以表示为：n ＝ n0 ＋Δn sin （Kx ωt)其中，n0 为液体的平均折射率，Δn 为折射率的变化幅度，K ＝2π/λs 为超声光栅的光栅常数，ω ＝2πfs 为角频率。
当平行光垂直入射到超声光栅上时，会产生衍射现象。
衍射条纹的位置与光波的波长λ、超声光栅的光栅常数 K 以及衍射级次 m 有关，可以用光栅方程表示：d sinθm ＝mλ （m ＝ 0，±1，±2，）其中，d 为光栅常数（在超声光栅中即为 K 的倒数），θm 为第 m 级衍射条纹的衍射角。
通过测量衍射条纹的间距和衍射角，可以计算出光波的波长和液体中的声速。
三、实验仪器分光计、超声光栅实验仪、汞灯、望远镜、载物台等。
四、实验步骤1、调整分光计调节望远镜，使其能够清晰地看到叉丝和十字反射像。
调整平行光管，使其发出平行光。
使望远镜和平行光管的光轴都与分光计的中心轴垂直。
2、放置超声光栅和汞灯将盛有液体的超声光栅盒放置在分光计的载物台上。
打开汞灯，使其光线通过超声光栅。
3、观察衍射条纹通过望远镜观察汞灯通过超声光栅后的衍射条纹。
调节载物台，使衍射条纹清晰可见。
4、测量衍射条纹的间距和衍射角转动望远镜，测量各级衍射条纹与中央条纹的间距。
利用游标盘测量各级衍射条纹对应的衍射角。
5、更换液体，重复实验更换不同的液体，重复上述步骤，进行对比实验。
五、实验数据记录与处理1、实验数据记录记录不同液体中各级衍射条纹与中央条纹的间距。
超声光栅测量声速实验报告
超声光栅测量声速实验报告一、实验目的1、了解超声光栅产生的原理。
2、学会使用超声光栅测量液体中的声速。
3、掌握分光计的调节和使用方法。
二、实验原理当一束平面超声波在液体中传播时，液体的疏密会发生周期性变化，其折射率也相应地发生周期性变化，形成超声光栅。
设超声波的波长为λs，频率为 fs，波速为 vs，在液体中的传播方向与光的传播方向夹角为θ。
当平行光垂直于超声波传播方向通过液体时，会发生衍射现象。
根据光栅衍射方程，衍射条纹的位置与波长、光栅常数等有关。
在超声光栅中，光栅常数等于超声波的波长λs。
通过测量衍射条纹的间距和角度，可以计算出超声波的波长λs，进而求出声速 vs ＝fs × λs 。
三、实验仪器分光计、超声光栅实验仪、汞灯、测微目镜等。
四、实验步骤1、调节分光计粗调：使望远镜、平行光管和平行平板大致水平，各半调节螺丝处于中间位置。
细调：用自准直法调节望远镜聚焦于无穷远，使望远镜光轴与分光计中心轴垂直；调节平行光管，使其发出平行光，并使其光轴与望远镜光轴重合。
2、连接超声光栅实验仪将超声光栅实验仪与分光计连接好，确保光路畅通。
3、观察超声光栅衍射条纹打开汞灯，让平行光通过超声光栅，在望远镜中观察衍射条纹。
4、测量衍射条纹间距转动望远镜，使叉丝对准衍射条纹的中央明纹，记录此时的角度读数θ1。
依次测量各级衍射条纹的角度读数θ2、θ3 等。
用测微目镜测量衍射条纹的间距。
5、改变频率，重复测量改变超声光栅实验仪的频率，重复上述测量步骤。
五、实验数据及处理1、实验数据记录｜频率（MHz）｜中央明纹角度（°）｜第一级明纹角度（°）｜第二级明纹角度（°）｜条纹间距（mm）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ f1 ｜θ11 ｜θ12 ｜θ13 ｜ d1 ｜｜ f2 ｜θ21 ｜θ22 ｜θ23 ｜ d2 ｜｜ f3 ｜θ31 ｜θ32 ｜θ33 ｜ d3 ｜2、数据处理根据衍射条纹的角度读数，计算出各级衍射条纹对应的衍射角。
超声光栅测量声速
超声光栅测量声速【实验目的】1、初步了解声光调制的理论2、了解并学习超声光栅声速仪的原理和使用3、利用超声光栅声速仪测量超声波在水中的传播速度【实验仪器】WSG —1型超声光栅声速仪（信号源、液体槽、锆钛酸铝陶瓷片），分光计，测微目镜，低压汞灯【实验原理】当一束平面超声波在液体中传播时，其声压使液体分子作周期性变化，液体的局部就会产生周期性的膨胀与压缩，这使得液体的密度在波传播方向上形成周期性分布，促使液体的折射率也做同样分布，形成了所谓疏密波。
在距离等于波长A 的两点，液体的密度相同，折射率也相同。
超声波在传播时，被液体槽面反射产生反射波，在一定条件下，前进波与反射波叠加会形成纵向的超声驻波。
由于驻波的振幅可以达到单一行波的两倍，这样就加剧了波源与反射面之间液体的疏密化程度。
此时，装置中的液体就等效为液体光栅。
当平行光沿垂直于超声波传播的方向通过上述液体光栅时，就会出现和平行光通过透射光栅的情形类似的衍射现象，类似于光栅，称为超声光栅。
该现象称为超声致光衍射（声光效应）。
sin ,sin kk k L A K fφλφΔ==其中k L 为衍射光谱零级至K 级的距离；f 为透镜的焦距（JJY 分光计170f mm =）。
所以超声波波长： sin k kk K K f fA L L λλλφ===Δ超声波在液体中的传播速度：kf v A L λγγ==Δ式中γ为振荡器和锆钛酸铅陶瓷片的共振频率。
k L Δ为相邻两条同色衍射条纹之间的距离。
【实验内容】1、按分光计的调节方法调节好分光计（具体调节要求有哪些？）2、将待测液体注入液体槽内，使液面的高度恰好与液体槽侧面的高度刻线相等。
3、将液体槽座卡在分光计载物台上，放置平稳后用螺钉锁紧。
4、把液体槽（超声池）放置在液体槽座中，并使超声池两侧的表面垂直于望远镜和平行光管的光轴。
，镜中观察衍射条纹，仔细调节频率微调旋钮，使衍射光谱的级次增多射条纹和读数。
超声光栅测声速试验报告
实验日期：2011年4月7日 交报告日期：2011年4月14日 报告退发： （订正、重做）教师审批签字：课程名称： 普通物理实验 专业班号： 应物091 组别： 2 姓名：赵汝双 学号:33实验名称：超声光栅测液体中的声速 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制3. 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概 念的理解。
实验原理 1-超声光栅光波在介质中传播时被超声衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应）。
超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性变化，促 使液体的折射率也相应的作周期性变化，形成疏密波。
此时如有平行单色光沿垂直超声波 方向通过这疏密相间的液体时，就会被衍射，这一作用，类似于光栅，所以叫超声光栅。
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 波可以形成驻波。
由于驻波小振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和和反射面之间 的的疏密程度，某时刻，驻波的任一波节两边的质点都涌向这一点，使该节点附近形成密 集区，而相邻波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀 疏区，而相邻波节处变为密集区。
在这些驻波中，稀疏区使液体的折射率减小，而压缩作用使液体折射率增加，在距离等于波长A 的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如 图（1）所示。
西安理工大学实验报告反1-.图MI图22 2A Z)sin( s2 .超声光栅册液体中的声速实际上由于声波是弹性纵波，它的存在会使介质(如纯水)密度门在时间和空间上发生周期性变化如图2(a)，即如图2 ( a )所示，在透明介质中，有一束超声波沿-方向传播，另一束平行光垂直于超声波传播方向(二•方向)入射到介质中，当光波从声束区中出射时，就会产生衍射现象。
(z,t)波存在时的介质密度，s 叫是超声波的角频率，A 是超声波波长，是密度变化的幅式中：z 是沿声波传播方向的空间坐标, 是t 时刻z 处的介质密度， 0为没有超声度。
利用超声光栅测量声速 实验报告
实验十七利用超声光栅测量声速一．预习报告。
二．数据处理及分析。
测得T1 = 29°C T2 = 29°C则 T = 29 °C已知λ= 577 nm f = 70 mm由V = λVf∆l k知：为了求速度V 需要知道V和∆l k，由测得的数据表格中，V= 10.81 Hz 而对于∆l k，为了减少误差，利用多次逐差法，对原数据进行数据处理：先求的各个(l|k|-l|k|−1)，数据如表格，然后求出各个(l|k|-l|k|−2)/2，数据如表格，然后求出各个(l|k|-l|k|−3)/3，数据如表格，最后利用∆l k= ∑[(l|k|−l|k|−1)+l|k|−l|k|−22+l|k|−l|k|−33]/15求得∆l k= 0.290 ×10-3 m根据公式V = λVf∆l k= 10.81×577×700.290×10−3m/s= 1505.6 m/s查的：V理= 1500 m/s故：V的相对误差= 1505.6−15001500×100%≈0.373 %2.误差分析。
（1）超声仪器易发热，实验时间长时会使液体温度升高，造成误差。
（2）读数时视觉误差。
（3）衍射条纹较粗，测量时有误差。
（4）信号源的频率不稳定，也会产生误差。
（5）使用的水不是纯净水，钠灯光在水里传播频率会有影响。
三．思考题。
1．超声光栅与平面光栅有何异同？答：超声光栅是由超声波在液体中产生的光栅作用称作超声光栅。
平面衍射光栅是普通的光线衍射光栅。
2．为什么超声光栅的光栅常数等于超声波的波长？答：光栅的原理是利用波的衍射。
发生衍射现象的条件就是入射到光栅的波的波长和光栅常数可比拟。
超声光栅的入射波是超声波，则光栅常数就等于超声波波长。
3．测量谱线的位置时，测微目镜的读数鼓轮为什么只能沿一个方向旋转？答：物理实验仪器中齿轮结构中存在的间隙导致位移传递过程中，只沿着单向移动时是稳定的。
用超声光栅测定液体中的声速实验报告
超声光栅测定液体中的声速实验报告一、概述1.1 背景介绍超声光栅是一种用于测定液体中声速的仪器，它利用超声波的干涉现象来确定液体中声速的大小。
声速是指声波在介质中传播的速度，它对于液体的性质和结构有着重要的影响。
测定液体中的声速对于科学研究和工程应用具有重要意义。
1.2 研究目的本实验旨在通过使用超声光栅仪器，测定不同液体中声速的大小，以便对比分析液体的性质和结构差异。
二、实验原理2.1 超声波的干涉现象超声波是指频率大于20kHz的声波。
超声波在液体中传播时会产生干涉现象，这种干涉现象可以被超声光栅仪器捕捉和记录下来。
2.2 超声光栅仪器超声光栅仪器由发射器、接收器、干涉条纹显示器和时间测量系统组成。
发射器负责产生超声波，接收器负责接收干涉条纹，干涉条纹显示器用于观察干涉条纹的变化，时间测量系统用于测定干涉条纹的时间差。
2.3 声速测定原理液体中的声速可以通过测定干涉条纹的时间差来确定。
当超声波在液体中传播时，会产生一系列干涉条纹，这些干涉条纹的间距与声速成正比。
通过测定干涉条纹的时间差，即可计算出液体中的声速。
三、实验步骤3.1 实验仪器准备需将超声光栅仪器的发射器和接收器固定在容器的两侧，确保它们之间没有空隙，以确保超声波的传播路径不受限制。
3.2 液体样品准备准备不同的液体样品，确保它们的温度和压力相同。
这样可以避免外部环境因素对声速测定结果的影响。
3.3 实验操作将液体样品依次置于超声光栅仪器中，记录下干涉条纹的变化，并测定干涉条纹的时间差。
3.4 数据处理根据测定得到的干涉条纹时间差，利用声速测定原理计算出液体中的声速值，并进行结果分析。
四、实验结果与分析经过实验测定，得出不同液体中的声速数值如下：（见表1）表1 不同液体中的声速测定结果液体名称声速（m/s）甲醇 1430乙醇 1160水 1480通过对比分析不同液体中的声速数值，可以发现它们之间存在着显著的差异。
甲醇的声速最小，水的声速最大，这可能与液体的密度、粘度等物理性质有关。
超声光栅测声速实验报告
西安理工大学实验报告课程名称： 普通物理实验 专业班号： 应物091 组别： 2姓名： 赵汝双 学号：3090831033 实验名称：超声光栅测液体中的声速 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制3. 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概念的理解。
实验原理 1. 超声光栅光波在介质中传播时被超声衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应）。
超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性变化，促使液体的折射率也相应的作周期性变化，形成疏密波。
此时如有平行单色光沿垂直超声波方向通过这疏密相间的液体时，就会被衍射，这一作用，类似于光栅，所以叫超声光栅。
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可以形成驻波。
由于驻波小振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和和反射面之间的的疏密程度，某时刻，驻波的任一波节两边的质点都涌向这一点，使该节点附近形成密集区，而相邻波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处变为密集区。
在这些驻波中，稀疏区使液体的折射率减小，而压缩作用使液体折射率增加，在距离等于波长Ａ的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如图（１）所示。
实验日期：2011年4月7日 交报告日期：2011年4月14日报告退发： （订正、重做）教师审批签字：图（１）２．超声光栅册液体中的声速如图２(ａ)所示，在透明介质中，有一束超声波沿方向传播，另一束平行光垂直于超声波传播方向(方向)入射到介质中，当光波从声束区中出射时，就会产生衍射现象。
图２实际上由于声波是弹性纵波，它的存在会使介质(如纯水)密度在时间和空间上发生周期性变化如图２(a)，即02(,)sin()s z t Z Aπρρρω=+∆-（１－１） 式中：z 是沿声波传播方向的空间坐标，ρ是t 时刻z 处的介质密度，0ρ为没有超声波存在时的介质密度，s ω叫是超声波的角频率，A 是超声波波长，ρ∆是密度变化的幅度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验设计说明书题目：利用超声光栅测液体中的声速
院部：理工科基础教学部
专业班级：物理学（创新实验班）1班学生姓名：某某某
学号：41106XXX
实验日期：2013年5月21日
超声光栅测液体中的声速
人耳能听到的声波，其频率在16Hz到20kHz范围内。
超过20Hz的机械波称为超声波。
光通过受超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。
利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。
一、实验目的
（1）学习声光学实验的设计思想及其基本的观测方法。
（2）测定超声波在液体中的传播速度。
（3）了解超声波的产生方法。
二、仪器用具
分光计，超声光栅盒，高频振荡器，数字频率计，纳米灯。
三、实验原理
将某些材料（如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等）的晶体沿一定方向切割成晶片，在其表面上加以交流电压，在交变电场作用下，晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动，这种特性称为晶体的反压电效应。
把具有反压电效应的晶片置于液体介质中，当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时，晶片的振动会向周围介质传播出去，就得到了最强的超声波。
正文：
光声效应的发现无疑是物理学两大分支的又一次融合，利用超声光栅测量液体中的声速就是这一物理现象的应用。
此次实验的仪器包括超声光栅池、超声仪、
分光计、测微目镜以及光源。
由于声波是纵波，所以当超声波在液体（本实验用的是水）传播时，声波的振动会引起液体密度空间分布的周期性变化（如右图），进
而导致液体的折射率亦呈周期性分布（如右图）。
如果在某一时间t 0，液体密度
的空间函数为：()0s 02sin x t x πρρρωλ⎛
⎫=+∆-⋅ ⎪⎝⎭
① 其中，0ρ是液体的静态密度，ρ∆是密度的变化幅度，s ω是超声波的角频率，λ是超声波长，x 是超声波的传播方向，也是密度变化的空间方向；此时，折射率
的空间函数为：()0s 02sin n x n n t x πωλ⎛
⎫=+∆-
⋅ ⎪⎝
⎭ ②，其中0n 为液体的静态折射率（或称之为平均折射率），n ∆为折射率的变化幅度（这个结论是以“同种物质的折射率与其密度成正比”为前提的）。
试验装置原理图如下图所示
实际实验装置图
方向为箭头所示方向矩形A 就是超声光栅槽，超声波传播方向垂直于光的传播方向，当超声源B 发出的超声波传播到A 面，被反射回来，与入射波相干，形成驻波其密度空间结构满足①式，其折射率满足②式（将t 0换成t ，t 为变量），又由于光速远远大于声速，故当光穿过超声光栅时，可认为折射率不随时间变化，
即 ()02sin n x n n x πλ⎛⎫
=+∆⋅ ⎪⎝⎭
呈周期性变化，则可看做一个平面光栅，且其光栅常数为λ，因为其空间结构的分布周期为λ。
有光栅方程可知：0
sin j λϕλ
=，()j Z ∈其中0λ为光在真空中的波长。
另一方面，当光想通过光栅形成的衍射条纹落在测微目镜的焦平面上，其衍射角还可以表示为：tan sin x
f
ϕϕ≈=
，其中f 为测微目镜的焦距，所以就有 0
j x f
λλ
=
，于是
00s s s x
ff f v λλλ==，式子中的s v 就是要测的声速，其中s f 为超声波
的频率，其值可以由超声仪读出，这样，就测出了声速，其表达式为0s
s ff v x
λ=③
四、 实验内容及步骤
（1）调节分光计到正常测量状态。
（2）将线路连接好，在超声光栅盒中加入适当的水，将超声光栅盒放在分光计的载物台上，使超声波的传播方向与入射波垂直。
（3）确定高频电压的频率。
适当调节高频电压的频率，微微调节压电换能器与反射器之间的距离，以便观察最佳的衍射条纹。
实验过程，第一步，对分光计进行准直调节；第二步，在超声光栅池中倒入清水；第三步，打开光源，在测微目镜中能够看到一条白色竖直亮条纹，微调测微目镜的距离，使条纹变得清晰；第四步，打开超声源开关，并调节超声波频率，使视野中出现尽可能多的衍射条纹（如图所示）；
第五步，转动测微目镜上的螺旋测微器旋钮，记录每条条纹的相对位置，并求其条纹间距x （用逐差法）；利用公式③，求出声速。
此次实验所用超声波频率9.72s f =MHz ，测微目镜焦距170f mm =，光在真
空中的波长0=598nm λ，测得数据如下表所示：
用逐差法求条纹间距，7.910 5.9387.250 5.275 6.591 4.610
33
x -+-+-=
0.659x mm ⇒=
所以，求得声速为：05981709.721499.4/0.659s s ff nm mm MHz
v m s
x mm λ⨯⨯===
由于实验只有一组数据测量，故无不确定度。
所以，测量结果： 1499.4/v m s =
注意事项：
⑴、 实验所用超声仪易发热，为了不使仪器过热，应该尽快记录数据，然后切断电源。
⑵、 实验结束，超声池中的水应尽快清理，不应长时间浸泡在液体槽内。
⑶、 超声仪的频率易受外界变化的影响，只要外界变化使其导线电容分布变化，就会对输出频率产生影响，因此应尽量避免震动以及触碰导线。
⑷、 共振频率一般在10MHz 左右，实验中应尽量避免超声仪的频率高于11MHz ，一面电路过热。
思考
⑴、 由公式①要得到公式②，必须首先知道一个前提条件，就是，同种物质的折射率与其密度成正比，如果不是，则不能推出②，理由是，如果折射率和
密度无关或成其他关系，则液体的密度呈周期性分布时，其折射率可能不变或成其他关系，只是周期性仍然存在。
⑵、在⑴的前提之下，载有超声波的液体为什么与熟悉的平面光栅有同样的效果？这是因为，当折射率成周期性分布时，平行光垂直与超声波传播方向通过液体时，不同位置光的光程不一样，就相当于光线通过了折射率相同而宽度呈周期性变化的透明玻璃，故会发生衍射。
⑶、任意频率的超声波在此实验中都可以形成驻波，，而在于压电换能器达到共振是衍射条纹才会明显增多而且明亮，这是因为，如果频率与共振频率相差较大时，虽然已经形成光栅，但是还可能不够明显，对光的衍射较微弱，现象不明显，所以只有在达到共振时才有明显的衍射条纹。
⑷、由于实验中所用的光是白光，经过衍射会发生色散现象，这对测量条纹间距造成了一定的困难，若用单色钠光源，则实验效果更佳；本实验中，由于光的色散，会出现彩色条纹带，为了与规定相符，记录数据时，记录黄色光所产生的条纹的位置，作为条纹位置，上面图片中呈现绿色是因为照相机的原因。
⑸、由于实验中超声仪的频率很不稳定，很难抓住条纹数目最多的时刻，这对实验造成了一定困难。
实验总结
本实验所用的原理非常新意，而且非常简单，实验操作也很容易。
在实验时，为使效果达到最好，必须调节频率，以能观察到最多的条纹，衍射的条纹最亮。
实验结果的误差很大，只能说符合理论，其参考的作用。
超声光栅技术的发展也很迅速，现在已广泛应用在无损检查、探伤、测距、测量物质浓度等。
（此文档部分内容来源于网络，如有侵权请告知删除，文档可自行编辑修改内容，
供参考，感谢您的配合和支持）。