超声光栅测声速习题及数据处理
实验30 用超声光栅测量声速
实验目的:
1.实验原理及仪器介绍:
2.简述本实验所用到的主要实验仪器和它们的作用。
3.简述超声光栅形成的原理。
4.推导超声波在液体中的传播速度公式。
1.实验内容:
2.简述分光计的调节步骤。
什么叫逐差法？ 其优点是什么？
在超声光栅测声速实验过程中, 为什么要避免震动？ 导线分布及电容的变化对实验结果有何影响？
为什么锆钛酸铅陶瓷片表面必须与其对面的玻璃槽壁平行？
1.数据表格:
记录所用测量仪器的仪器误差:
列出数据记录表格:
教师签字:
月日
超声光栅测速实验
结果与讨论10分
思考题
10分
总分
五、数据记录：
条纹计数
1、将计数器清零。
2、同方向旋转，使叉丝中央通过10个条纹，通过计数器读取通过的距离
测量四次（单位mm）
Y1
Y2
Y3
Y4
2、同方向旋转，使叉丝中央通过10个条纹，通过计数器读取通过的距离
测量四次（单位mm）
Y1
Y2
Y3
Y4
六、数据处理：
求出4次超声波声速平均值并计算误差和不确定度
四次声速的平均值（单位mm）
v1
v2
v3
v4
七、实验结论与讨论：
八：问答题
指导教师批阅意见：
成绩评定：
预习
（20分）
操作及记录ห้องสมุดไป่ตู้
（40分）
数据处理
得分
教师签名
批改日期
深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称：大学物理实验（2）
实验名称：超声光栅测声速实验
学院：
专业：班级：
组号：指导教师：
报告人：学号：
实验地点
实验时间：年月日星期
实验报告提交时间：
一、实验目的
二、实验原理：
三、实验仪器：
四、实验内容和步骤：.
五、数据记录：
条纹计数
1、将计数器清零。
超声光栅测量声速
用超声光栅测定液体中的声速一、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。
超声波在液体介质中以纵波的形式传播，其声压使液体分子呈现疏密相同的周期性分布，形成所谓疏密波，如图1a)所示。
由于折射率与密度有关，因此液体的折射率也呈周性变化。
若用N0表示介质的平均折射率，t时刻折射率的空间分布为式中ΔN是折射率的变化幅度；ωs是超声波的波角频率；Ks是超声波的波数，它与超声波波长λs的关系为Ks=2π/λs。
图1b是某一时刻折射率的分布，这种分布状态将随时以超声波的速度vs向前推进。
如果在超声波前进的方向上垂直放置一表面光滑的金属反射器，那么，到达反射器表面的超声波将被反射而沿反向传播。
适当调节反射器与波源之间的距离则可获得一共振驻波（纵驻波）。
设前进波与反射波分别沿y轴正方向传播，它们的表达式为其合成波为此式就是驻波的表达式。
其中表示合成以后液体媒质中各点都在各自的平衡位置附近作同周期的简谐振动，但各点的振动为，即振幅与位置y有关，振幅最大发生在处，对应的（n=0，1，2，3……）这些点称为驻波的波幅，波幅处的振幅为2A，相邻波幅间距离为。
振幅最小发生在处，其中，这些点称为波节，如图2中a、b、c、d为节点，相邻波节间的距离也为。
可见，驻波的波腹与波节的位置是固定的，不随时间变化。
对于驻波的任意一点a，在某一时刻t=0时，它两边的质点都涌向节点，使节点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。
超声光栅实验_
实验45 用超声光栅测定液体中的声速声光效应是指光波通过受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
由于超声波调制了液体的密度，使原来均匀透明的液体，变成折射率周期变化的“超声光栅”，当光束穿过时，就会产生衍射现象，由此可以准确测量声波在液体中的传播速度。
早在1921年布里渊（L.Brillouin）曾预言液体中的高频声波能使可见光产生衍射效应，十年后，P.J.W.德拜和F.W.西尔斯以及R.卢卡斯和P.Biquard 分别观察到了声光衍射现象。
上世纪六十年代后，随着激光技术的出现以及超声技术的发展，使声光效应得到了广泛的应用。
如制成声光调制器和偏转器，可以快速而有效地控制激光束的频率、强度和方向。
目前，声光效应在激光技术、光信号处理和集成通讯技术等方面有着非常重要的应用。
【实验目的】1. 了解超声致光衍射原理。
2. 用超声光栅测量液体中的声速。
【实验内容】1. 了解声光效应的实验原理。
2. 学习利用超声光栅测量液体中的声速。
3. 学习光路准直的调节以及读数显微镜的使用方法【实验仪器】实验装置由超声信号源、低压钠灯、光学导轨、光狭缝、透镜、超声池、测微目镜以及高频连接线等组成。
【实验原理】 压电陶瓷片（PZT ）在高频信号源所产生的交变电场的作用下，发生周期性的压缩和伸长振动，该振动在液体中的传播就形成超声波。
超声波在液体中传播分为行波和驻波两种形式。
当一束平面超声波行波在液体中传播时，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压缩与膨胀，使液体的密度在波传播方向上发生周期性的变化，形成所谓疏密波。
液体密度的周期性变化，必然导致液体的折射率也做同样变化，如同一个相位光栅。
此时若有平行光沿垂直于超声波传播方向通过液体时，平行光会被衍射。
以上超声场在液体中形成的密度分布层次结构是以行波形式运动的，如果实验z z 超声光栅实验光路图中，使超声波在有限尺寸的超声池内形成稳定的驻波，由于驻波振幅可以达到行波振幅的两倍，从而加剧液体疏密变化的程度，因此，当平行光入射时更易于对衍射现象的稳定观察。
超声光栅实验及数据处理
超声光栅实验1．了解超声致光衍射的原理。
2．利用声光效应测量声波在液体中的传播速度。
【实验原理】光波在液体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），这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
超声波调制了液体的密度，使原来均匀透明的液体，变成折射率周期变化的“超声光栅”，当光束穿过时，就会产生衍射现象，由此可以准确测量声波在液体中的传播速度。
并且，由于激光技术和超声技术的发展，使声光效应得到了广泛的应用。
如制成声光调制器和偏转器，可以快速而有效地控制激光束的频率、强度和方向，它在激光技术、光信号处理和集成通讯技术等方面有着非常重要的应用。
压电陶瓷片（PZT）在高频信号源（频率约10MHz）所产生的的交变电场的作用下，发生周期性的压缩和伸长振动，其在液体中的传播就形成超声波，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，这种疏密波所形成的密度分布层次结构，就是超声场的图象，此时若有平行光沿垂直于超声波传播方向通过液体时，平行光会被衍射。
以上超声场在液体中形成的密度分布层次结构是以行波运动的，为了使实验条件易实现，衍射现象易于稳定观察，实验中是在有限尺寸液槽内形成稳定驻波条件下进行观察，由于驻波振幅可以达到行波振幅的两倍，这样就加剧了液体疏密变化的程度。
驻波形成以后，某一时刻t，驻波某一节点两边的质点涌向该节点，使该节点附近成为质点密集区，在半个周期以后，t+T/2，这个节点两边的质点又向左右扩散，使该波节附近成为质点稀疏区，而相邻的两波节附近成为质点密集区。
图1 为在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的变化分析。
由图1可见，超声光栅的性质是，在某一时刻t，相邻两个密集区域的距离为λ，为液体中传播的行波的波长，而在半个周期以后，t+T/2。
超声光栅测声速实验(全)
超声光栅测声速一、实验目的1. 了解超声光栅的产生原理。
2. 了解声波如何对光信号进行调制。
3. 通过对液体中声速的测定，加深对声学光学中物理概念的理解。
二、实验原理光波在介质中被超声光栅衍射的现象，被称为超声致光衍射。
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的变化，促使液体折射率也作出相应的变化，形成疏密波。
当产生驻波时，波节处变为密集区，其作用使液体折射率减小，压缩作用使液体折射率增大。
形成类似于光栅的作用。
当满足拉曼-奈斯衍射条件：22/1l A πλ<<时这种衍射相似于平行光栅衍射，可得如下光栅方程：k ASin k φλ=在调好的分光计上，且当k φ很小时，有：/k k Sin l f φ=其中，k l 为衍射零级谱至k 级的距离；f 为透镜焦距。
所以超声波波长：k kk k f A Sin l λλφ== 超声波在液体中的传播速度： k f v A l λγυ==∆其中υ是振荡器的共振频率，k l ∆为同一色光衍射条纹间距。
三、实验步骤1． 分光计的调整，用自准法使望远镜聚焦于无穷远，目镜调节使看清分划板刻线，实验过程中无需调节。
2． 采用低压汞灯作光源。
3． 将待测液体注入，液面高度以刻线为准。
4． 将此液体槽置于载物台上，放置时使超声池表面两侧基本垂直于望眼镜和平行光管的光轴。
5． 连接号电路，开启超声信号电源，观察衍射条纹，微调信号的频率，使条纹级次明显增多和清晰。
6． 观察到3~4级以上的衍射条纹使，取下阿贝目镜，换上测微目镜，分别测出不同颜色条纹的间距。
7． 计算公式为： c k f v l λγ=∆四、数据处理1、纯净水Y =1.38502.1320 2.91503.68104.4150L =1.48502.1950 2.91503.64504.3450B =1.71802.2950 2.91503.47004.0950黄光间距均值绿光间距均值蓝光间距均值1.0e-003 *0.7632 0.7183 0.5920黄光标准差绿光标准差蓝光标准差1.2032 0.9376 0黄光声速绿光声速蓝光声速1.0e+003 *1.5051 1.5108 1.4629相对误差0.0150 0.0188 -0.01352、酒精Y =1.15102.11603.0090 3.97104.9210L =1.27002.18103.0090 3.89104.8310B =1.67502.29903.0090 3.67504.4550黄光间距均值绿光间距均值蓝光间距均值1.0e-003 *0.9375 0.8785 0.6927黄光标准差绿光标准差蓝光标准差1.4856 1.0974 0黄光声速绿光声速蓝光声速1.0e+003 *1.2273 1.2375 1.2525相对误差0.0508 0.0595 0.0723五、实验心得这次实验又一次使我看到了光的波动性在精确测定微小值时的准确性，这次利用的是光栅衍射的特性，又一次让我感受到了光学原理的重要应用。
实验23：超声光栅测声速实验
实验23:超声光栅测声速
思考题:
1.超声光栅测声速实验中为什么不能用钠黄光代替汞光?
答:这于光源的显色性有关一般定义日光显色性为100，而越接近100的则越接近日光，但目前人类还无法制造出达到100的光源,钠灯的显色很差的，这是钠的特性决定的，他就是黄光，显色大概只有20-40左右。
而高压汞灯通常为50-60左右，超高压汞灯可以达到70-80甚至更高,而金卤灯（金属卤化物气体放电灯，金属卤化物灯，氙灯）这种灯如果购买的是5000-6500K色温的灯泡，显色性可以达到85-90，可以替代汞灯,但钠灯显然不可以替代汞灯.
2.在超声光栅测声速实验里，蓝线为什么会晃动?
答:是由于各种色光相对于透镜的焦距不同，在超声光栅实验中，为了能同时看清黄色、绿色和蓝色光，目镜的焦距要比蓝光相对于透镜的焦距小，而与黄光和绿光的焦距比较接近，因此人眼对蓝光谱线产生视差，就觉得好像蓝线在晃动。
【数据记录与数据处理】
1.用逐差法求出条纹间距的平均值.
2.由声速计算公式:Vc=λνf/△lk,计算声速。
答:。
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、掌握分光计的使用方法。
二、实验原理当超声波在液体中传播时，液体的疏密分布会发生周期性变化，从而形成超声光栅。
类似于光学中的光栅，超声光栅可以使入射光发生衍射。
根据光栅衍射方程，衍射条纹的位置与光栅常数、入射光波长以及衍射级数有关。
在超声光栅实验中，光栅常数等于超声波的波长。
超声波在液体中的传播速度 v 与超声波的频率 f 和波长λ 之间的关系为 v ＝fλ。
通过测量衍射条纹的间距和分光计的角度，可计算出超声波的波长，进而求得声速。
三、实验仪器分光计、超声光栅实验仪、钠光灯、测微目镜等。
四、实验步骤1、仪器调节（1）将分光计调节至水平状态，使望远镜、平行光管的光轴与中心转轴垂直。
（2）调节望远镜，使其能够清晰地看到叉丝和反射回来的十字像。
2、超声光栅的产生（1）在超声光栅实验仪的液槽中注入适量的待测液体（如水）。
（2）打开超声光栅电源，调节频率，使液体中产生稳定的超声光栅。
3、观察衍射条纹（1）将钠光灯作为光源，通过平行光管照射液槽中的超声光栅。
（2）在望远镜中观察衍射条纹，并调节测微目镜，使条纹清晰可见。
4、测量衍射条纹间距（1）转动望远镜，测量各级衍射条纹与中央条纹的间距。
（2）为减小误差，对同一级条纹进行多次测量，并取平均值。
5、测量衍射角（1）根据分光计的读数系统，读取各级衍射条纹对应的角度。
（2）同样进行多次测量，求平均值。
6、数据处理与计算（1）根据测量得到的条纹间距和衍射角，利用光栅衍射方程计算超声波的波长。
（2）已知超声波的频率，计算出声速。
五、实验数据及处理以下是实验中测量得到的数据：｜衍射级数|条纹间距（mm）｜衍射角（度）｜｜｜｜｜｜1|＿____|＿____|｜2|＿____|＿____|｜3|＿____|＿____|根据光栅衍射方程dsinθ ＝kλ（其中 d 为光栅常数，θ 为衍射角，k 为衍射级数，λ 为波长），可得波长λ ＝dsinθ ／ k 。
声速测量习题及数据处理
声速测量习题及数据处理声速测量填空题1．声速测量实验中，采⽤驻波共振法测量声速时，要使函数信号发⽣器的输出频率等于换能器的谐振频率，并且在实验过程中保持不变。
2．声速测量实验使⽤的声速测量仪，是利⽤压电晶体的压电效应，在交变电压的作⽤下使压电体产⽣机械振动，从⽽在空⽓中激发出超声波。
3．声波的传播速度v，声源的振动频率f和声波波长λ之间的关系为v=fλ。
声速测量实验测波长常⽤的⽅法有共振⼲涉法和位相⽐较法。
4．声速测量实验中是通过压电晶体的压电效应来发射和接收声波。
6．声速测量采⽤位相⽐较法测波长时，可通过⽰波器观察李萨如图形判断相位差。
李萨如图形⼀般是稳定的椭圆。
当相位差为0或π时，椭圆变为倾斜的直线。
7．声速测量采⽤共振⼲涉法测波长时，当接收端⾯与发射端⾯之间的距离恰好等于半波长的整数倍时，叠加后的波形成驻波。
此时相邻两波节（或波腹）间的距离等于半个波长。
简答题1.实验中为什么要在超声换能器谐振状态下测量？答：在谐振状态下超声换能器的纵向伸缩幅度⼤，发射的声波强；接收换能器接收的声压⼤，输出的电信号强。
这样，可以提⾼测量的灵敏度，较为准确的确定驻波的波节，有利于准确地测量声波的波长。
2.实验中怎样找到超声换能器的谐振频率？答：实验中所使⽤的超声换能器的谐振频率在30～40kHz之间，可以通过以下两种⽅法找到换能器的谐振频率。
（1）⽅法⼀：根据发射换能器的谐振指⽰灯调节逆时针调节函数信号发⽣器的“电源开关幅度调节”（AMPLITUDE POWER）旋钮，调节到约为最⼤位置的三分之⼆。
在输出频率30～40kHz范围内仔细调节“频率微调”（FINE）旋钮，使声波发射换能器旁边的指⽰灯点亮。
这时，信号发⽣器的输出频率即为换能器的谐振频率。
（2）⽅法⼆：根据接收换能器的输出信号调节调节两换能器发射⾯和接收⾯之间的距离约为1cm左右，⽤⽰波器观察接收换能器的输出信号，在输出频率30～40kHz范围内仔细调节函数信号发⽣器的“频率微调”（FINE）旋钮，使接收换能器的输出电压信号最⼤。
超声光栅测声速习题及数据处理
超声光栅填空题1. 写出测量超声波声速的公式：kl f V ∆=Λ=γλγ2. 在超声光栅实验中，测量衍射条纹的间距时，用测微目镜沿—个方向逐级测量其位置读数，其目的是要避免空程差。
3. 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（声光效应）。
4．在超声光栅实验中，超声池置于载物台上必须稳定，在实验过程中应避免震动，以使超声在液槽内形成稳定的驻波。
简答题1． 逐差法处理数据的优点是什么？答：能够充分利用测量数据，更好地发挥多次测量取平均值的效果。
可验证表达式 或求多项式的系数。
2． 在超声光栅实验中，若只调出1级衍射谱线，应如何调整找到3级以上的 衍射谱线？答：调节频率调节旋钮，使电振荡频率与压电换能器固有频率共振。
此时，衍射 光谱级次会显著增多而且明亮。
为使平行光束垂直于超声束传播方向，可微调载物台，使观察到的衍射光谱左右对称，级次谱线亮度一致。
经过上述仔细调节，一般应观察到3级以上的衍射谱线。
3． 在超声光栅测声速实验中，应如何正确放置超声池？答：使超声池两侧表面基本垂直于望远镜和平行光管的光轴； 4． 在超声光栅测声速实验中，当找到谱线后，若发现两侧光谱的谱线级次不一样， 应如何调整？答：可微调载物台，使观察到的衍射光谱左右对称，级次谱线亮度一致。
超声光栅测声速实验数据处理：实验数据记录 实验温度：30C声波传播介质：纯净水数据处理： l f V ∆=/λν黄色谱线：λ=578.0nm f =170mm1.2854.506-5.971 1.4913.793-5.284 1.4823.024-4.506=== MHzm m l m ml k 40.11|35.1144.11|7095.02/419.1419.1=+===∆=∆νV 黄=s m s m /6.1507/107095.1040.1110170100.5783639=⨯⨯⨯⨯⨯⨯--- 绿色谱线：2.1234.506-6.629 2.0403.832-5.872 2.1213.139-5.260 2.1072.399-4.506==== MHz m m l m m l K 40.1169925.009775.2==∆=∆νV 绿=s m s m /5.1513/1069925.01040.1110170101.5463639=⨯⨯⨯⨯⨯⨯--- 蓝色谱线：1.1184.506-5.624 1.1003.985-5.085 1.1173.389-4.506=== MHzmm l mm l K 40.11556.0117.1==∆=∆ν V 蓝=s m s m /0.1519/556.040.111017010435.839=⨯⨯⨯⨯--1510.0m/s /s 1519.0)/3m 1513.5(1507.6V C =++=温度修正公式：)(o o t t t A V V -+= 普通水：V O =1497m/s.A=2.5(m/s*k)t o =25o CV 30=1497+2.5⨯(30-25)=1509.5m/s 本实验测量结果：V 30=1510.0m/sE=%033.05.15095.15090.1510=-。
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。
超声光栅实验及数据处理
1． 了解超声致光衍射的原理。
2． 利用声光效应测量声波在液体中的传播速度。
图 1 为在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 的变化分析。
由图1可见，超声光栅的性质是，在某一时刻t ，相邻两个密集区域的距离为λ，为液体中传播的行波的波长，而在半个周期以后，t +T /2。
所有这样区域的位置整个 漂移了一个距离Λ/2，而在其它时刻，波的现象则完全消失，液体的密度处于均匀状态。
超声场形成的层次结构消失，在视觉上是观察不到的，当光线通过超声场时，观察驻波场图1的结果是，波节为暗条纹（不透光），波腹为亮条纹（透光）。
明暗条纹的间距为声波波长的一半，即为Λ/2。
由此我们对由超声场的层次结构所形成的超声光栅性质有了了解。
当平行光通过超声光栅时，光线衍射的主极大位置由光栅方程决定。
λφk k =Λsin （k =0，1，2，……） （1）实际上由于φ角很小，可以认为：f l k k /sin =φ （2）其中k l 为衍射零级光谱线至第k 级光谱线的距离，f 为L 2透镜的焦距，λ为钠光波长，所以超声波的波长k k l f k k /sin /λφλ==Λ （3）超声波在液体中的传播速度：γV（4）=Λ式中γ为信号源的振动频率。
【实验过程】1.将器件按图3放置。
低压钠灯于超声光栅试验仪相连。
2.调节狭缝与透镜L1的位置，使狭缝中心法线与透镜L1的光轴(即主光轴)重合,二者间距为透镜L1的焦距（即透镜L1射出平行光）。
3.调节透镜L2与测微目镜的高度，使二者光轴与主光轴重合。
调焦目镜，使十字丝清晰。
4.开启电源。
调节钠灯位置，使钠灯照射在狭缝上，并且上下均匀，左右对称，光强适宜。
5．将待测液体（如蒸馏水、乙醇或其他液体）注入液槽，将液槽放置于支架上，放置时，使液槽两侧表面基本垂直于主光轴。
6.将高频连接线的一端接入液槽盖板上的接线柱，另一端接入超声光栅仪上的输出端。
7．调节测微目镜与透镜L2的位置。
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。
超声光栅实验及数据处理
超声光栅实验及数据处理超声光栅实验是一种用于研究超声波在光学介质中传播特性的实验方法。
在超声光栅实验中，超声波的频率通常在几十兆赫至几百兆赫之间，声波的传播速度和光波的传播速度相比，可以忽略不计。
因此，可以利用光波在超声波中传播时的干涉现象，观察到超声波对光波的调制作用，以及超声波自身存在的衍射现象。
本文将对超声光栅实验及数据处理进行介绍。
一、实验原理超声光栅实验利用了超声波对光学介质的调制作用，将一束单色光照射到超声波的波面上，由于超声波的调制作用，单色光被衍射成多个不同频率的光束，这些光束之间会发生干涉作用，从而在空间上呈现出明暗相间的条纹。
二、实验装置超声光栅实验的实验装置包括以下几个部分：1.激光器：产生一束单色、平行、连续的光束。
2.光学系统：将激光器产生的光束聚焦到超声波的波面上，同时接收衍射后的光束。
3.超声波发生器：产生一定频率的超声波。
4.示波器：观察干涉条纹。
三、实验步骤1.将激光器产生的光束通过光学系统聚焦到超声波的波面上。
2.开启超声波发生器，调整超声波的频率和振幅。
3.调整光学系统的位置和角度，使衍射后的光束能够照射到示波器上。
4.观察示波器上的干涉条纹，记录不同位置和不同频率下的干涉条纹情况。
5.关闭超声波发生器，调整光学系统的位置和角度，使衍射后的光束能够照射到光谱仪上。
6.对光谱仪上的衍射光谱进行分析和处理。
四、数据处理在实验结束后，需要对实验数据进行处理和分析。
具体包括以下几个步骤：1.对干涉条纹进行拍照，利用图像处理软件对干涉条纹进行定性和定量分析，得到干涉条纹的间距和亮度分布等信息。
2.对衍射光谱进行拍照和测量，得到不同频率下的衍射光谱强度和相位等信息。
3.利用干涉条纹的信息和衍射光谱的信息，对超声波的频率、振幅、相位等参数进行测量和计算。
4.根据测量和计算得到的结果，对实验数据进行进一步的处理和分析，例如绘制曲线图、计算相关物理量等。
5.对实验结果进行分析和讨论，得出相应的结论。
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。
海南大学物理实验超声光栅实验自测习题解析
下图中测微目镜的读数为( )
<p>下图中测微目
5.879mm
4.919mm
4.879mm
5.919mm
下图中测微目镜的读数为( )
<p>下图中测微目
5.168mm
4.16mm
4.169mm
4.043mm
5.16mm
5.043mm
测微目镜结构如图所示，左边是测量装置，右边是读数装置，在目镜头前方有一块刻有十字叉丝的活动玻璃板，旋转右边的读数鼓轮，则活动玻璃板左右移动，用十字叉丝的竖丝对准衍射条纹主明纹，即可读出该主明纹的位置读数。
读数鼓轮上有100个刻度，将鼓轮旋转一整圈，则鼓轮端面在固定套筒(主尺)上走动1mm，即鼓轮上的1个刻度对应0.01mm。
仔细观察下图，采用该测微目镜测量衍射条纹主明纹位置时，需注意( )
<p>测微目镜结构
和平时用的直尺一样，读数起点在主尺左边
不同于平时用的直尺，读数起点在主尺右边，以mm为单位，记录的数据保留到3位小数
以mm为单位，记录的数据保留到2位小数，以mm为单位，记录的数据保留到4位小数
为了精确测得相邻主明纹位置，只能一个方向旋转鼓轮，使十字叉丝的竖丝依次与主明纹对齐为了精确测得主明纹位置，应仔细地来回旋转读数鼓轮，使十字叉丝的竖丝与主明纹严格对齐，
<p>驻波是振幅、
下图中测微目镜的读数为( )
<p>下图中测微目
5.168mm。
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超声光栅
填空题
1. 写出测量超声波声速的公式：k
l f V ∆=
Λ=γ
λγ
2. 在超声光栅实验中，测量衍射条纹的间距时，用测微目镜沿—个方向逐级测量
其位置读数，其目的是要避免空程差。
3. 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（声光效应）。
4．在超声光栅实验中，超声池置于载物台上必须稳定，在实验过程中应避免震动，以使超声在液槽内形成稳定的驻波。
简答题
1． 逐差法处理数据的优点是什么？
答：能够充分利用测量数据，更好地发挥多次测量取平均值的效果。
可验证表达式 或求多项式的系数。
2． 在超声光栅实验中，若只调出1级衍射谱线，应如何调整找到3级以上的 衍射谱线？
答：调节频率调节旋钮，使电振荡频率与压电换能器固有频率共振。
此时，衍射 光谱级次会显著增多而且明亮。
为使平行光束垂直于超声束传播方向，可微调载物台，使观察到的衍射光谱左右对称，级次谱线亮度一致。
经过上述仔细调节，一般应观察到3级以上的衍射谱线。
3． 在超声光栅测声速实验中，应如何正确放置超声池？
答：使超声池两侧表面基本垂直于望远镜和平行光管的光轴； 4． 在超声光栅测声速实验中，当找到谱线后，若发现两侧光谱的谱线级次不一样， 应如何调整？
答：可微调载物台，使观察到的衍射光谱左右对称，级次谱线亮度一致。
超声光栅测声速实验数据处理：
实验数据记录 实验温度：30
C
声波传播介质：纯净水
数据处理： l f V ∆=/λν
黄色谱线：λ=578.0nm f =170mm
1.2854.506-5.971 1.4913.793-5.284 1.482
3.024-
4.506=== MHz
m m l m m
l k 40.11|35.1144.11|7095
.02/419.1419.1=+===∆=∆ν
V 黄=s m s m /6.1507/10
7095.1040.1110170100.5783
6
39=⨯⨯⨯⨯⨯⨯--- 绿色谱线：
2.123
4.506-6.629 2.0403.832-
5.872 2.121
3.139-5.260 2.107
2.399-4.506==== MHz m m l m m l K 40.1169925.009775.2==∆=∆ν
V 绿=s m s m /5.1513/10
69925.01040.1110170101.5463
6
39=⨯⨯⨯⨯⨯⨯--- 蓝色谱线：
1.1184.506-5.624 1.1003.985-5.085 1.1173.389-4.506=== MHz
mm l mm l K 40.11556.0117.1==∆=∆ν V 蓝=s m s m /0.1519/556
.040.111017010435.83
9=⨯⨯⨯⨯--
1510.0m/s /s 1519.0)/3m 1513.5(1507.6V C =++=
温度修正公式：)(o o t t t A V V -+= 普通水：V O =1497m/s.
A=2.5(m/s*k)
t o =25o C
V 30=1497+2.5⨯(30-25)=1509.5m/s 本实验测量结果：V 30=1510.0m/s
E=%033.05
.15095
.15090.1510=-。