大学物理实验报告系列之超声光栅

超声光栅实验报告

超声光栅实验报告一、实验背景介绍超声光栅是由光学叠加和声学叠加两个物理效应综合而成的一种光学装置。

其基本原理是在光路中设置超声波振动源和光栅，利用超声波的自然调制能力从而实现了光场的调制。

在超声光栅中，麦克风将声信号通过调制速度变化并传递至声光晶体上，从而形成了光学调制。

超声光栅的主要应用包括回波测距、声光调制、光学滤波等。

本实验主要是探究超声光栅的基本原理和应用，结合实验过程和结果，对超声光栅撰写一份实验报告。

超声光栅具有声光调制的基本原理，即在光学信号的传输过程中通过外加声波的调制，从而实现光场的调制。

超声光栅主要由声光晶体、激光器、检光器、超声波振动源和信号处理部分组成。

1.声光晶体声光晶体是指通过特定的光折射介质，使光波与机械振动的耦合相互作用，并且产生相应的全息衍射现象。

声光晶体不仅可以将光学信息转化为声学信息，还可以将声学信息转化为光学信息。

2.超声波振动源超声波振动源主要是利用压电板能够在电力作用下产生振动的特性，通过外加电压来实现振动的控制。

一般采用的超声波源为50kHz左右的振动频率，通过改变频率和振幅来改变其调制光学信号的能力。

3.信号处理部分信号处理部分主要是利用检光器进行光信号的检测与处理，并且可以将检测到的反馈信号通过数字化等处理，从而对声光晶体的特性进行更加准确的控制和调节。

三、实验器材与步骤1.实验器材（1）激光器（4）振荡器（6）频率计（7）可变电压源（8）数字存储示波器2.实验步骤（1）将激光器和声光晶体结合起来，并且在光路中设置超声波振动源。

（2）调整超声波源的频率，使其与声光晶体产生谐振现象，并且获得最佳光学调制效果。

（3）串联检光器，利用数字示波器来检测光学信号的强度变化，并且通过改变声光晶体的特性对其进行控制。

（4）采用可变电压源对声光晶体进行调制，从而获得不同调制频率和幅度的超声光栅。

四、实验结果与分析在本次实验中，我们采用了调制频率为50kHz和声光晶体宽度为0.75cm的超声光栅，通过数字示波器得到了如下的调制图像。

超声光栅实验报告

超声光栅实验报告超声光栅实验报告引言：超声光栅是一种利用超声波与光波相互作用的技术，它可以实现高分辨率的光学成像。

本实验旨在研究超声光栅的原理、工作方式以及其在实际应用中的潜力。

一、超声光栅的原理超声光栅的原理基于声光效应和光栅效应的结合。

声光效应是指声波与光波之间的相互作用，当声波通过介质时，会引起介质中的折射率变化，从而改变光波的传播特性。

而光栅效应是指光波通过具有周期性折射率变化的介质时，会发生衍射现象，从而形成光栅图样。

超声光栅利用这两种效应的相互作用，实现了对光波的调制和控制。

二、超声光栅的工作方式超声光栅一般由超声发射器、介质和光探测器组成。

超声发射器产生超声波，将其传播到介质中。

介质中的声波通过声光效应改变了介质的折射率，从而形成了一个具有周期性折射率变化的光栅。

当入射光波通过光栅时，会发生衍射现象，形成衍射光栅图样。

光探测器可以检测到衍射光栅的强度分布，并将其转化为电信号输出。

三、超声光栅的应用超声光栅在许多领域都有广泛的应用。

其中，最常见的应用是在光通信领域。

超声光栅可以用来实现光信号的调制和解调，从而提高光纤通信的传输速率和容量。

此外，超声光栅还可以应用于光学成像和光谱分析等领域。

通过调整超声波的频率和强度，可以实现对光波的调制和控制，从而获得高分辨率的光学成像结果。

四、超声光栅的优势与挑战超声光栅相比传统的光学技术具有许多优势。

首先，超声光栅可以实现对光波的高度可控性，可以调整超声波的频率和强度，从而实现对光波的高精度调制和控制。

其次，超声光栅具有高分辨率和高灵敏度的特点，可以实现对微小变化的检测和测量。

然而，超声光栅的应用还面临一些挑战。

例如，超声光栅的制备和调试过程较为复杂，需要较高的技术要求和设备支持。

此外，超声光栅在实际应用中还需要进一步解决光损耗、杂散光等问题。

结论：超声光栅作为一种新兴的光学技术，具有广阔的应用前景。

通过对超声光栅的原理、工作方式和应用进行研究，我们可以更好地理解超声光栅的特点和优势，并为其在实际应用中的进一步发展提供参考。

超声光栅实验报告

超声光栅实验报告引言超声光栅技术是一种利用超声波和光学原理相结合的测量技术，它可以通过探测声波在材料中传播的变化来获取材料的信息。

本实验旨在通过搭建超声光栅实验装置，研究超声波传播的特性，并检测不同材料的声速。

实验装置实验装置主要由超声波发射器、超声波接收器、光栅、透镜、光电检测器等组成。

超声波发射器用于产生超声波信号，超声波接收器用于接收声波信号并将其转换为电信号。

光栅则用于通过光学方法来检测超声波的传播情况，透镜用于聚焦光栅接收到的光信号，光电检测器用于将光信号转换为电信号。

实验步骤1.搭建实验装置：将超声波发射器和接收器固定在合适位置，并将光栅、透镜和光电检测器依次安装在相应位置。

2.调试超声波发射器和接收器：通过调节超声波发射器和接收器的位置和参数，确保二者之间的传播路径畅通无阻，并能够正常地发送和接收超声波信号。

3.发射超声波信号：通过超声波发射器产生超声波信号，并将信号通过光栅进行传播。

观察并记录光栅上的干涉条纹情况。

4.接收光信号：使用透镜将光栅上的光信号聚焦在光电检测器上，并将光信号转换为电信号。

5.分析数据：利用电信号的特性，通过计算和比较不同材料中超声波的传播时间，得到不同材料的声速。

实验结果通过实验我们得到了不同材料的声速数据，并进行了统计和分析。

材料声速 (m/s)空气343水1480铝6320材料声速 (m/s)钢5960结果分析根据上述数据，我们可以看出不同材料的声速差异很大。

空气的声速最低，而钢的声速最高。

这是因为声速与材料的密度和弹性模量有关。

空气的密度和弹性模量都很低，所以声速也较低。

相比之下，水、铝和钢的密度和弹性模量都较高，因此它们的声速也较高。

实验误差在实验过程中，可能会遇到一些误差，导致实验结果与理论值有所偏差。

可能的误差来源包括仪器误差、操作误差和环境影响等。

为了减小误差，我们应该精确地测量实验数据，并对数据进行合理处理和分析。

实验改进为了进一步提高实验的准确性和可靠性，我们可以进行以下改进措施： 1. 提高仪器的精确度：选择高精度的超声波发射器、接收器和光电检测器，以减小仪器误差。

实验27超声光栅衍射实验报告

实验27超声光栅衍射实验报告实验27 超声光栅衍射实验报告【实验⽬的】1.掌握超声光栅原理2.学会利⽤超声光栅测量液体中的声速【实验仪器】超声源，玻璃⽫，激光器，光具座，会聚透镜，超声探头⽀架，⾦属⽩屏。

【原理概述】1.超声光栅具有弹性纵向的平⾯超声波，在液体介质中传播时，其声压时液体分⼦产⽣疏密交叠的变化，促使液体的折射率也相应的作周期性变化。

这种疏密波也是折射率梯度传播的⼀种模式，形成的层次结构就是超声波的图像。

光从垂直⽅向透射过超声场后，会产⽣折射和衍射。

这⼀作⽤，类似光栅，所以叫做超声光栅。

超声光栅原理图2.超声波的速度与介质的性质超声波在介质中传播的性质，⽤声速和衰减度系数两个基本量来表述。

超声波速度不仅与声压(p)、密度(ρ)、折射率(n)有关，⽽且还受到其他物理性质的影响，因此声速与许多重要的物理参数有关。

在正弦变化的声场中，超声波运动的速度，声压以及介质的密度和折射率的变化规律，都是类似的，都可以⽤波动⽅程表⽰。

描述超声场中折射率周期性变化的表达式为：)cos(),(0ky t n n t y n -?+=ω (1)其中ω为超声波的圆频率，k 为波⽮量。

3、超声的驻波和⾏波正弦超声平⾯波由垂直于玻璃⽫底⾯的⽅向射于液体中，则声场中的压⼒波会被底⾯反射，形成与⼊射波同频率的⼀列反射波，这两列波的声压可分别表⽰为：=?=--)()(ky t i rA r ky t i iA eP P e P Pi ωω (2)两列同频率的波相向传播时，依叠加原理，合成声场的声压为r i P P P +=，即 )()(cos 2ky t i rA iA ti i e P P kyeP P --+=ωω (3)由上式可见，合成声场由两部分组成，第⼀项代表驻波场，第⼆项表⽰在y ⽅向传播的平⾯波，其振幅为原先两列波振幅之差。

若实验中弹性的平⾯波得到完全反射，则式(3)右边第⼆项可以略去，合成的超声波就是⼀个纯粹的驻波场。

超声光栅

武汉大学教学实验报告物理科学与技术学院物理学类实验名称超声光栅指导教师姓名学号成绩一、实验目的1.了解超声致光栅衍射的原理2.学会一种利用超声光栅测量超声波在液体中传播速度的方法。

二、实验原理如图，，在透明介质中，一束超声波眼OZ方向传播，另一束平行光束沿OY方向入射到介质中，当光波从声束区射出时，就会发生衍射现象。

由于声波是弹性纵波，它会使介质密度在时间和空间上发生周期性变化，即：ρ(z,t)=ρ0+△ρsin(ωS t‐2piz/ Λ)式中，z为声波空间坐标，ρ为介质密度，ρ0为没有超声波存在时的介质密度，ωS是声波角频率，Λ是超声波波长，△ρ是密度变化幅度。

进而，介质折射率也会随之发生变化：n(z,t)=n0+△nsin(ωS t‐2piz/ Λ)式中，n0为平均折射率，△n为折射率变化幅度。

考虑到光速远大于声速，故可以认为液体密度和折射率紧随位置改变，即：n(z,t)=n0‐△nsin(2piz/ Λ)由于折射率随空间的周期分布，光束垂直声波通过液体后，波阵面上不同位置光程不同，各点相位由下式给出：φ=φ0+△φ=ωn0L/c‐ω△nL sin(2piz/Λ)/c式中L为声速宽度，ω为光波角频率，c为光速。

可见，再有超声波的液体可以被看成一个相位光栅，光栅常数等于超声波波长。

声波衍射可以分为两类：1.当L<<Λ2/2piλ时：产生对称与零级的多级衍射，即Raman—Nath衍射。

满足下式的衍射光均在衍射角为的方向上产生极大光强：sinφ=mλ0/Λ,m=o,±1,±2,……2.当L>>Λ2/2piλ时：产生布拉格衍射，声光介质相当于一个光栅体，其衍射光强制集中在满足布拉格公式sinφB=mλ0/Λ,m=o,±1,±2,……的一级衍射方向，切±1不同时存在。

由于布拉格衍射需要实验条件较为负载，本实验采用Raman—Nath衍射。

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。

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。

大学物理实验报告系列之超声光栅

【实验名称】超声光栅【实验目的】1．理解声光调制的理论；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】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地作周期性的变化，形成疏密波。

此时，如有平行单色光垂直于超声波传播方向通过这疏密相同的液体时，就会被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声衍射。

其中kL为衍射光谱零级至K级的距离；f为透镜（L2）的焦距（JJY分光计170f mm=）。

所以超声波波长：s i nk k kK K f fAL Lλλλφ===∆超声波在液体中的传播速度：kfv ALλγγ==∆式中γ为振荡器和锆钛酸铅陶瓷片的共振频率。

kL∆为相邻两条同色衍射条纹之间的距离。

测微目镜原理图2【实验内容】（1）、分光计的调整，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，调节望远镜使观察到的狭缝清晰；（2）、将待测液体注入超声池，液面高度以液体槽侧面的液体高度刻线为准；（3）、将超声池放置于分光计的载物台上，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）、两支高频连接线的一端插入超声池盖板接线柱，另一端接入超声信号源的高频输出端，然后将液体槽盖板盖在液体槽上；（5）、开启超声信号源电源，从阿贝目镜观察衍射条纹，细微调节电振荡频率与锆钛酸铅陶瓷片固有频率共振，此时，衍射光谱的级次会显著增多且更为明亮，仔细调节，可观察到左右各3－4级以上的衍射光谱；（6）、取下阿贝目镜，换上测微目镜，调焦目镜，使清晰观察到的衍射条纹。

利用测微目镜逐级测量其位置读数并记录。

【数据表格与数据记录】mm f 170= m n 8.435=蓝λ m n 1.546=绿λ m n 0.578=黄λ用逐差法处理数据：对于黄光：mm l 793.03437.2815.41=-=∆mm l 79.03192.3562.51=-=∆mm l l l 792.0279.0793.0221=+=∆+∆=∆ 对于绿光：mm l 723.03556.2725.41=-=∆ mm l 739.03277.3495.52=-=∆mm l l l 731.02739.0723.0221=+=∆+∆=∆ 对于蓝光：mm l 593.03818.2598.41=-=∆ mm l 599.03390.3188.52=-=∆mm l l l 596.02599.0593.0221=+=∆+∆=∆ s m MHZl frV /6.1451792.07.11170578=⨯⨯=∆=黄黄λs m MHZl frV /6.1485731.07.11170546=⨯⨯=∆=绿绿λs m MHZl frV /4.1454596.07.111708.435=⨯⨯=∆=蓝蓝λ【小结与讨论】1. 实验应用超声光栅声速仪测定了黄光，绿光，蓝光在水中的传播速度。

超声光栏实验实验报告

一、实验目的1. 了解超声光栅的产生原理及其应用。

2. 掌握声波对光信号调制的机制。

3. 通过测量液体中的声速，加深对声学和光学物理概念的理解。

二、实验原理超声光栅是一种利用声波在介质中传播时产生的衍射现象，对光信号进行调制的装置。

当超声波作为一种纵波在液体中传播时，声压会使液体分子产生周期性变化，进而引起液体折射率的周期性变化，形成疏密波。

此时，若平行单色光沿垂直于超声波方向通过疏密相间的液体，就会被衍射，类似于光栅，故称为超声光栅。

实验中，超声波传播时，若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。

由于驻波的小振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和反射面之间的疏密程度。

在某时刻，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，而相邻波节处又形成密集区。

这一过程不断重复，形成一系列密集和稀疏的区域。

三、实验器材1. 超声光栅实验装置2. 液体介质（如水、油等）3. 光源（如激光器）4. 光电探测器5. 计时器6. 数据处理软件四、实验步骤1. 将超声光栅实验装置安装好，调整光源和光电探测器的位置，使其能够接收反射光。

2. 将液体介质倒入实验装置中，确保液体充满整个装置。

3. 打开超声波发生器，调整频率和功率，使超声波在液体中传播。

4. 测量光电探测器接收到的反射光强度，记录数据。

5. 改变超声波频率和功率，重复步骤3和4，记录不同条件下的数据。

6. 利用数据处理软件对实验数据进行处理，分析声波对光信号的调制机制。

五、实验结果与分析1. 实验结果显示，随着超声波频率和功率的增加，光电探测器接收到的反射光强度也随之增加。

这说明超声波对光信号的调制作用随着声波强度的增大而增强。

2. 通过对实验数据的分析，可以得出以下结论：- 超声波在液体中传播时，会对光信号进行调制，形成一系列密集和稀疏的区域。

超声光栅实验报告

一、实验目的与实验仪器1.实验目的（1）了解超声光栅的原理和使用；（2）利用超声光栅声速仪测量超声波在水中的传播速度。

2.实验仪器GSG—1 型超声光栅声速仪、超声发生器（工作频率9~13MHz）、换能器、液槽、JJY-1’型分光仪（物镜焦距f = 168mm）、测微目镜（测微围8mm）、放大镜、待测液及光源（钠灯或汞灯）等。

二、实验原理介质受到超声波周期性的扰动，其折射率也将发生变化，此时光通过这种介质，就像透过投射光栅一样，这种现象称为超声致光衍射，把这种载有超声波的透明介质称为超声光栅。

利用超声光栅可以计算超声波在透明介质中的速度。

设超声波在液体中以平面波形式沿x方向，在x方向液体中波的形式如下：y1 = A m cos[2π·(tt t −tt t)]式中，y1为偏离平衡位置的位移量；A m为振幅，Ts为超声波周期，λs为超声波波长。

若在垂直x方向有一反射平面，则超声波被平面反射后沿x反方向传播，有如下方程：y2 = A m cos[2π·(tt t +tt t)]当正反两方向的平面波叠加形成驻波时，平衡位置的偏移量为y = y1+y2 = 2A m cos2πtt t cos2πtt t超声波形成驻波时，压缩作用使节点处折射率增大，稀疏作用使远离节点处折射率变小，这样液体折射率就出现周期性变化，平行光沿着与超声波传播方向呈一定夹角的方向通过时会被衍射。

由光栅方程可知：A sinφk = kλ式中，k为衍射级次，φk为k级衍射角。

超声光栅光路图如下所示：超声光栅实验报告在右侧望远镜中可观察到衍射条纹。

从上图中几何关系可知：tanφk = t tt当φk很小时，有sinφk = t tt式中，lk为零级衍射到k级衍射之间的距离，f为透镜焦距，则超声波波长为A = ttsin t t = tttt t超声波在液体中传播速度为v = Aν = tttt t ·ν = tttΔt t式中，ν是换能器共振频率，Δt t为同一波长光相邻衍射级别衍射条纹间距。

超声光栅实验报告

超声光栅实验报告引言：超声光栅是一种用于测量物体表面形变和位移的先进技术。

通过利用超声波与光学衍射的相干性，可以非常精确地测量物体的形变和变化。

本报告将介绍超声光栅的原理、实验步骤和结果。

1. 实验目的本实验的主要目的是利用超声光栅技术，测量一个物体在受外力作用下的位移。

2. 实验原理2.1 超声光栅原理超声光栅技术的核心是利用超声波和光学衍射的相互作用。

当超声波通过物体表面时，会引起表面发生微小的位移，而这种位移会对光的传播产生衍射效应。

利用这种现象，我们可以通过测量光的衍射干涉图案的变化，来精确测量物体的微小位移。

2.2 具体测量原理在超声光栅实验中，首先我们需要将物体固定在一块透明的基板上。

当超声波垂直入射到物体表面时，会形成一系列的超声波源，这些超声波源会引起入射光的相位改变。

而当光线衍射到光栅表面时，会产生一系列的干涉条纹。

通过测量这些干涉条纹的变化，我们可以得到物体微小位移的信息。

3. 实验步骤3.1 实验装置组装首先，我们需要组装超声光栅的实验装置。

这个装置一般由光学系统、超声发射器和探测器组成。

光学系统用于产生和探测干涉图案，超声发射器用于产生超声波，探测器用于接收超声波。

3.2 调整光路在实验开始之前，我们需要调整光路，保证光线正确入射和衍射。

通过调整透镜的位置和角度，可以使得光线垂直入射并产生清晰的干涉条纹。

3.3 固定物体和超声发射器将待测物体固定在透明的基板上，并将超声发射器放在合适的位置。

确保超声波直接和物体表面接触，并且发射器的位置稳定。

3.4 进行位移测量启动超声发射器，产生超声波。

同时，观察并记录干涉条纹的变化。

通过分析干涉条纹的移动情况，可以得到物体在超声波作用下的位移。

4. 实验结果4.1 干涉条纹图案在进行位移测量的过程中，我们观察到了一系列的干涉条纹。

根据不同干涉条纹的间距和移动方向，我们可以准确地测量物体的位移大小和方向。

4.2 位移-时间曲线通过对测量数据的处理，我们可以得到位移-时间曲线。

超声光栅实验报告

超声光栅实验报告一、引言超声光栅是一种利用超声波和光栅相互作用的实验装置。

通过超声波的传播，可以形成光栅，进而产生干涉效应，利用此效应可以进行一系列的实验研究。

本实验旨在通过搭建超声光栅实验装置，探索超声波和光栅的相互作用规律。

二、实验装置本实验所使用的装置主要包括超声波发生器、超声波振荡器、光栅、干涉条纹显示仪等部分。

超声波发生器用于产生超声波，并将超声波信号输入到超声波振荡器中。

超声波振荡器则将超声波信号转化为机械振动，通过光栅把超声波转化为光栅信号。

最后，干涉条纹显示仪会显示出超声光栅的干涉条纹。

三、实验步骤1.首先，将超声波发生器与超声波振荡器连接起来。

确保连接稳固，并调节超声波发生器的频率为合适的数值。

2.将光栅放置在超声波振荡器的旁边，确保超声波振荡器的机械振动能够传递给光栅。

3.打开干涉条纹显示仪，调节其参数，使其能够显示出光栅的干涉条纹。

4.打开超声波发生器和超声波振荡器，观察干涉条纹的变化。

可以尝试调节超声波发生器的频率，观察干涉条纹的变化情况。

5.记录观察到的干涉条纹的特征。

可以通过改变光栅的位置或角度来观察条纹的变化情况。

6.结束实验后，关闭所有设备并整理实验装置。

四、实验结果与讨论根据实验步骤，我们观察到了光栅的干涉条纹并记录了其特征。

实验中发现，当超声波的频率改变时，干涉条纹的间距也会发生变化。

当超声波频率较低时，干涉条纹的间距较大，条纹较稀疏；而当超声波频率较高时，干涉条纹的间距较小，条纹较密集。

这一现象可以通过光栅的行走波理论来解释。

行走波理论认为，光栅中存在着行走波，即超声波在光栅中的传播方式。

当超声波频率改变时，行走波的频率也会发生变化，进而影响干涉条纹的间距。

这与实验结果相吻合。

此外，实验中还观察到了当调节光栅的位置或角度时，干涉条纹的样貌也会发生变化。

这可以通过光栅的几何学理论来解释。

光栅的位置或角度变化会导致入射光的相位发生改变，从而影响干涉条纹的形态。

这也与实验结果相一致。

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.。

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。

超声光栅

中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：班级：姓名：同组者：教师：超声光栅与透明液体中声速的测量【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的声速的方法。

3、了解产生超声波的方法。

【实验原理】1、超声光栅超声波在液体中以纵波的形式传播，在波前进的路径上，液体被周期压缩与膨胀，其密度产生周期性的变化，形成所谓疏密波。

如果一列波沿X方向传播，在A处遇到反射器后，超声波被反射而沿反方向传播。

在一定条件下，前进波与反射波叠加而形成纵驻波。

其中振幅最大的位置称为驻波的波腹，振幅为零的位置称为驻波的波节。

对任一波节而言，它两边的质点在某一时刻都涌向节点，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。

在同一时刻，相邻波节附近质点的分布情况正好相反。

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地变化，其折射率也在周期性地变化。

液体中折射率周期性变化的区域起到了与光学上平面光栅相类似的作用，当入射光线和超声波前进方向相互垂直时，发生衍射，这种衍射即为喇曼-奈斯衍射。

习惯上，我们常把透明液体（或固体）中由于超声波使折射率周期性地变化的现象称为超声光栅。

所对应的光栅常数，即为两个相邻疏密部分之间的距离，由图4-1-1可见，就是超声波的波长Λ。

图4-1-1 超声驻波2、测量原理由光学理论，一波长为λ的平面光垂直通过光栅常数为d的光栅时，其第k级亮条纹的衍射角θk满足关系式dsinθk=±kλ k=0,1,2… (4-1-1)对于超声光栅，由于其光栅常数等于超声波的波长Λ，因此（4-1-1）式可以写成Λs i nθk=±kλk=0,1,2… (4-1-2)当θk很小时，（4-1-2）式又可以写为Λθk=±kλk=0,1,2… (4-1-3)显然，只要已知入射光波波长λ，测出第k级衍射条纹对应的衍射角θk，以及超声波的频率f，就可以得到透明液体中的声速v为v=Λf(4-1-4) 光源可使用钠灯或汞灯。

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。

超声光栅实验报告

超声光栅实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过超声光栅实验，掌握超声波在介质中的传播规律，了解光栅原理及其应用，学习使用超声光栅测量物体的尺寸和形状等参数。

二、实验原理1. 超声波在介质中的传播规律当超声波穿过介质时，会发生反射、折射和散射等现象。

其中，反射是指超声波遇到界面时部分能量被反射回来；折射是指当超声波从一个介质进入另一个介质时，会发生方向改变；散射是指当超声波遇到不均匀性介质时，会发生随机散射。

2. 光栅原理及其应用光栅是一种具有周期性结构的光学元件，其作用是将入射光分解为不同频率的衍射光。

在超声光栅实验中，利用光栅原理可以将超声波转换成可见光信号进行测量。

3. 超声光栅测量物体参数在超声光栅实验中，可以通过测量衍射图案中条纹的间距和角度等参数，计算出物体的尺寸和形状等信息。

三、实验步骤1. 准备实验仪器及材料，包括超声光栅装置、示波器、信号发生器、测量卡尺等。

2. 将超声光栅装置放置在被测物体旁边，调整其位置和角度，使其与被测物体成一定角度。

3. 连接信号发生器和示波器，并设置合适的频率和幅值。

4. 打开示波器，并观察衍射图案。

根据图案中条纹的间距和角度等参数，计算出被测物体的尺寸和形状等信息。

5. 重复以上步骤，测量多个角度下的衍射图案，并对比分析数据。

四、实验结果与分析通过本次实验，我们成功地利用超声光栅装置对不同形状的物体进行了测量。

在实验过程中，我们发现当超声波入射角度改变时，衍射图案中条纹的间距会发生变化。

因此，在进行测量时需要注意调整超声光栅装置的位置和角度。

五、实验总结本次实验通过使用超声光栅装置，成功地测量了不同形状的物体。

通过实验，我们深入了解了超声波在介质中的传播规律和光栅原理及其应用。

同时，我们也掌握了使用超声光栅测量物体参数的方法和技巧。

通过本次实验，我们不仅加深了对超声光栅实验的理解，还提高了实验操作能力和数据分析能力。

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。

超声光栅衍射实验报告

超声光栅衍射实验报告一、实验目的1、了解超声光栅产生的原理。

2、通过对超声光栅衍射条纹的观测与测量，加深对光栅衍射理论的理解。

3、掌握利用超声光栅测量液体中声速的方法。

二、实验原理当超声波在液体中传播时，液体分子受到周期性的压力，其疏密分布会发生变化，从而形成超声光栅。

这种光栅类似于光学光栅，具有周期性的折射率分布。

根据光栅衍射方程：d·sinθ ＝k·λ （其中 d 为光栅常数，θ 为衍射角，k 为衍射级数，λ 为光波波长）。

在超声光栅中，光栅常数等于超声波的波长。

由于液体中的声速 v 与超声波的频率 f 和波长λ 有关系：v ＝f·λ ，因此通过测量衍射条纹的间距和相关参数，就可以计算出液体中的声速。

三、实验仪器超声光栅实验仪、分光计、汞灯、测微目镜等。

四、实验步骤1、调节分光计使望远镜聚焦于无穷远，平行光管发出平行光。

调整望远镜和载物台的水平，使望远镜光轴垂直于分光计中心轴。

2、连接超声光栅实验仪将超声池置于分光计载物台上。

连接好超声信号源和超声池的线路。

3、观察超声光栅衍射条纹打开汞灯，让光线垂直入射超声池。

通过望远镜观察衍射条纹，调节目镜，使条纹清晰可见。

4、测量衍射条纹间距转动望远镜，测量各级衍射条纹的位置。

利用测微目镜读取条纹间距。

5、改变超声波频率，重复测量调整超声信号源的频率，再次测量衍射条纹间距。

五、实验数据及处理1、实验数据记录超声波频率 f1 ＝＿_____ Hz对应衍射条纹间距Δx1 ＝＿_____ mm超声波频率 f2 ＝＿_____ Hz对应衍射条纹间距Δx2 ＝＿_____ mm2、数据处理根据光栅衍射方程，计算出超声波的波长λ1 和λ2 。

利用声速公式 v ＝f·λ ，计算出液体中的声速 v1 和 v2 。

求声速的平均值 v ＝（v1 ＋ v2) ／ 2 。

3、误差分析分析测量衍射条纹间距时可能产生的误差，如读数误差、仪器精度等。