超声光栅与平面透射光栅衍射图样的比较研究

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超声光栅与平面光栅的异同

超声光栅与平面光栅的异同
超声光栅和平面光栅都是光学元件，它们有些相似之处，但也存在着一些区别。

首先，它们的作用原理不同。

超声光栅是利用声波的相互作用来调制光的相位和光强，从而形成光的衍射。

而平面光栅则是通过调制光的相位来形成衍射。

其次，超声光栅和平面光栅的制作工艺也不同。

超声光栅是利用超声波在光学介质中的不均匀性来形成声波光栅，需要先制作声波发生器和特殊的光学介质。

而平面光栅则需要在光学玻璃或者薄膜表面上制作 micron级别的薄线条或微米级的微型结构，制作成本较高。

最后，它们的应用范围也不同。

超声光栅主要应用在光学通信、频谱分析和成像等领域，而平面光栅则主要应用在光谱学、光学显示和纳米技术等领域。

总的来说，超声光栅和平面光栅虽然有一些相似之处，但在原理、制作工艺和应用领域等方面都存在着明显的差异。

- 1 -。

超声光栅

实验实验-19
超声光栅
制作：制作：林伟华
一.声光效应介绍二.实验仪器三.实验原理四.实验内容五.注意事项六.思考题
一.声光效应介绍声光效应介绍
当超声波在介质中传播时, 当超声波在介质中传播时,超声波使介质产生周期性变化的弹性应力或应变, 性变化的弹性应力或应变,导致介质密度的空间分布出现疏密相间的周期性变化，布出现疏密相间的周期性变化，从而导致介质的折射率相应变化。光束通过这种介质, 折射率相应变化。光束通过这种介质,就好像通过光栅一样,会产生衍射现象。这种现象称为超声致光栅一样,会产生衍射现象。这种现象称为超声致光衍射（亦称声光效应）。）。这种载有超声的透明光衍射（亦称声光效应）。这种载有超声的透明超声光栅。介质称为超声光栅介质称为超声光栅。
六.思考题
1.实验时可以发现，当超声频率升高时， 1.实验时可以发现，当超声频率升高时，衍射条实验时可以发现纹间距加大，反之则减小，这是为什么？纹间距加大，反之则减小，这是为什么？ 2.超声光栅与平面衍射光栅有何异同？ 2.超声光栅与平面衍射光栅有何异同？超声光栅与平面衍射光栅有何异同
声光衍射可分为两类：声光衍射可分为两类：
1. 当 L<<Λ2/(2πλ0) 时 , 式中L 为声束宽度， Λ 为声波在介 L<<Λ /(2 式中 L 为声束宽度，质中的波长，为真空中的光波波长，质中的波长， λ0 为真空中的光波波长，就会产生对称与零级的多级衍射，拉曼-奈斯（Raman-Nath）衍射。级的多级衍射，即拉曼 - 奈斯（ Raman-Nath ）衍射。此时和平面光栅的衍射几乎没有区别，平面光栅的衍射几乎没有区别，满足下式的衍射光均在衍射的方向上产生极大光强: 角φ的方向上产生极大光强: sinφ=mλ0/Λ ，m=0,±1,±2 ... sinφ=mλ m=0 L>>Λ /(2 声光介质相当于一个体光栅， 2.当L>>Λ2/(2πλ0)时 ,声光介质相当于一个体光栅，产生布拉格(Bragg)衍射， (Bragg)衍射布拉格 (Bragg) 衍射，其衍射光强只集中在满足布拉格公式 sinφ =mλ /(2 m=0 （ sinφB=mλ0/(2Λ) ， m=0,±1, ±2 ... ）的一级衍射方向，级不同时存在。方向，且±1 级不同时存在。

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。

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。

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。

液体中超声波声速的测定实验报告

液体中超声波声速的测定人耳能听到的声波，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．了解超声波的产生方法及超声光栅的原理 2．测定超声波在液体中的传播速度二、实验仪器分光计，超声光栅盒，钠光灯，数字频率计，高频振荡器。

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N 0表示介质的平均折射率，t 时刻折射率的空间分布为()()y K t N N t y N s s -∆+=ωcos ,0式中ΔN 是折射率的变化幅度；ωs 是超声波的波角频率；K s 是超声波的波数，它与超声波波长λs 的关系为K s =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v s 向前推进。

图1 密度和折射率呈周期分布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()y K t A s s -=ωξcos 1()y K t A s s +=ωξcos 2其合成波为()()y K t A y K t A s s s s +=+-=+=ωξωξξξcos cos 121利用三角关系可以求出t y K A s s ωξcos cos 2=此式就是驻波的表达式。

超声光栅应用探讨-王新丹,蒋玲

v f
(4)
实验中，我们所观察到的超声光栅和光学上的平面光栅所产生的衍射图样不完全相同，光通过超声光栅后的衍射图样往往不象通过光学光栅后的衍射图样那样整齐，而是缺失高级条纹，并且零级条纹强度较大（如图 3 所示），这与液槽两壁之间的距离有关，液槽两壁之间的距离越大，这种缺级现象越为严重。实验装置如图 4-1-4 所示，包括 WSG-1 超声光栅声速仪和光路系统两部分。光路系统由光源、分光计（JJY-1΄）、液体槽、测微目镜等组成。光源可使用钠灯或汞灯。钠灯发射的钠黄光波长为 589.3nm。汞灯含有三条谱线，分别是：汞蓝光，波长为 435.8nm；汞绿光，波长为 546.1nm；汞黄光，波长为 578.0nm。设入射光波长为， k 级衍射条纹间距为 2d k ，则第 k 级衍射条纹研究中，溶液浓度是一项重要的计量参数。本文基于超声光栅测声速的原理，根据浓度不同，声速也不同的特点，用 CCD 测量衍射条纹间距与声波速度间对应关系，从而实现对浓度的测量。该方法因具有结构简单，实施方便等特点，很适于实际生产应用。
2 实验原理
2.1 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。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，其折射率也在周期地变化。如图（1）所示。
6
[3]金洪勋.超声光栅的形成机理[J].甘肃工业大学学报，1997,23（2）：109 [4]陈晓莉，王培吉.用超声光栅测透明液体中声速的理论与实验研究[J].西南师范大学学报，2007,32（6）：136
7
3.2 测量结果
表格二.不同体积分数的 93 号汽油中的声速

2.5 平面衍射光栅

光学
§ 2.5 平面衍射光栅
狭义：大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件
广义：任何具有空间周期性的衍射屏都可以叫做衍射光栅．
1.定义：
衍射光栅：
2.种类：
透射光栅 d
反射光栅 d
b
a
3.性质：光栅是分解复色光的精密光学装置。 4.用途：形成光谱。
光学
§ 2.5 平面衍射光栅
一、实验装置
( jN 1 ) sin( ) sin j Nd d
sin( ) sin (sin ) cos
因此

Nd

Nd cos
可见：Nd愈大，愈小，谱线愈窄，锐度愈好。
九、谱线的缺级
若本应该由相应级的干涉主最大出现的地方，恰好是单缝衍射的暗纹所在的位置，此时合成光强为零，即本应该出现的主最大不再出现，这种现象称缺级。缺级发生在衍射角，同时满足光栅方程（主最大）和单缝衍射极小两个条件的地方。若在某衍射方向是k 级衍射极小,又是j 级干涉主最大, 则有
2
b sin u
单缝衍射最小位置
sinu 0 由 u 0
即：当零，光强为零。
得
u k 0 (k 1, 2 , )
b sin k , （k 1, 2 ,）时，衍射因子为
sin 2 N （2）干涉因子： 2 sin
（a）多缝干涉主最大位置：当
d

9
考虑到j=±4，±8缺级，而j＝10实际上看不到。则屏幕上呈现的全部亮条纹数为：
N 2k max 1 4 2 9 1 4 15( 条）

A sin cu

超声光栅与平面光栅的异同

超声光栅与平面光栅的异同
超声光栅和平面光栅都是用于分光颜色的光学元件，它们都有一定的相似之处和不同之处。

相似之处：
1. 都是用于分光颜色的光学元件。

2. 都可以将光分解成不同波长的光谱。

不同之处：
1. 工作原理不同：超声光栅是利用超声波驱动介质中的折射率变化来产生光栅，而平面光栅则是通过在光透过的介质表面上刻出不同的凹槽来形成的。

2. 分辨率不同：超声光栅的分辨率相对较低，通常在数百至数千线/mm之间，而平面光栅的分辨率可以达到数百至数万线/mm。

3. 光谱范围不同：超声光栅只能分解出可见光的一部分，而平面光栅可以分解出整个可见光谱以及近红外和紫外区域的光谱。

总的来说，超声光栅和平面光栅各有其优缺点，在不同的应用场合中选择合适的光栅是非常重要的。

- 1 -。

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。

2[1].5平面衍射光栅

2、各条狭缝的衍射光将在屏上相干叠加，产生光栅
的衍射图样
5
二、光栅光强分布公式(矢量法)
采用矢量法推出：设光栅有N条缝，由图可知，每相
邻两缝向P点发出的衍射线的光程差均一样：
d sin

d

d sin

2
P

o
f
dsin
6
P 处是N 个同方向、同频
率、同振幅、位相差依次差一个恒量的简谐振动的合成，合成的结果仍为简谐振动。 ——N个矢量相加
E p 2 R sin , 2
8
R
EP
Ei
△Φ
Ei R 2 sin 2

R
E p 2 R sin , 2
Ei d sin 2 Ei / 2 N sin N Ep 2 sin Ei sin / 2 2 sin
Ei E0
sin I I0
2
sin N sin

2
干涉取极大值

d sin 2
d sin k , k 0,1,2....
光栅方程
Ei NEi
2
10
Q P点为主极大时
2 2k
I P N Ei
4
8
sin (/d)
-8
15
-4
2. 缺级现象：
d sin k b sin k
k 1,2,3
k d 整数 k b
k为缺级
16
3光栅光谱：复色光入射时，除中央明纹外，不同波长的同级明纹以不同的衍射角出现
三级光谱二级光谱一级光谱

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.。

光栅衍射与超声光栅实验报告

光栅衍射与超声光栅实验报告一、实验目的本实验旨在通过光栅衍射与超声光栅的实验，掌握光学干涉和衍射的基本原理，了解超声波的基本特性，并掌握超声光栅的工作原理。

二、实验原理1. 光栅衍射光栅是由许多平行等距的透明或不透明条纹组成，当入射光线通过光栅时，会发生衍射现象。

在垂直于条纹方向上观察，则会出现一系列亮暗相间的条纹。

这些条纹称为衍射条纹，它们是由入射光经过不同路径差后叠加而成。

2. 超声波超声波是指频率高于20kHz的机械波。

它具有穿透力强、反射性能好、传播速度快等特点，在医学、工业等领域有广泛应用。

3. 超声光栅超声光栅是利用超声波在介质中传播时所产生的周期性压缩膨胀作用来形成一种类似于光学中衍射格子的装置。

当超声波通过介质时，会在介质中形成一系列压缩膨胀的波形，这些波形相互叠加形成了一个周期性的压缩膨胀序列，即超声光栅。

三、实验步骤1. 光栅衍射实验a. 将光源置于光栅的一侧，调整光源位置和角度使得入射光线垂直于光栅表面。

b. 在距离光源较远的位置放置屏幕，调整屏幕位置使得衍射条纹清晰可见。

c. 更换不同间距和条纹数的光栅，观察衍射条纹的变化。

2. 超声光栅实验a. 将超声发生器连接至超声探头，并将探头放置在水中。

b. 将激励信号输入超声发生器，并调节频率和振幅使得超声波在水中传播。

c. 在水中放置一个透明平板，并观察通过平板后形成的超声光栅。

四、实验结果与分析1. 光栅衍射实验结果通过观察不同间距和条纹数的光栅，在垂直于条纹方向上可以看到一系列亮暗相间的条纹。

当光栅间距增大时，衍射条纹间距也随之增大；当光栅条纹数增多时，衍射条纹也会变得更加密集。

2. 超声光栅实验结果通过观察透明平板后形成的超声光栅，可以看到一系列周期性的压缩膨胀序列。

这些序列是由超声波在水中传播时所产生的压缩膨胀作用形成的。

五、实验总结通过本次实验，我们掌握了光学干涉和衍射的基本原理，了解了超声波的基本特性，并掌握了超声光栅的工作原理。

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yan(分析“衍射”文档)共10张PPT

4、左右微转动超声池，使射于超声池的平行光束完全垂直于超声束，同时观察视场内的衍射光谱，使得光谱左右级次对称、亮度一致；
5、测量衍射条纹间距。利用测微目镜逐级测量蓝、绿、黄各谱
线的位置读数（－2、－1 、0、＋ 1 、＋2），重复3次并记录。
6、记录共振时的频率计读数 f s
【数据记录】
样品:纯净水
测微目镜中衍射条纹位置读数，小数点后第三位为估读值(mm）
超声波作为一种纵波在水中传播时，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。 3、调节共振频率，使衍射光谱的级次显著增多且更为明亮。 2、调整测微目镜使平行光管的狭缝像清晰； 2光0波℃在时介，质水中（传H2播O时）被中超标声准波声衍速射vS的=1现4象51，. 称为超声致光衍射。 5调、焦测目量镜衍看射清条分纹划间板距十。字刻线。 3要、特调别节注共意振不频要率使超，声使光衍栅射仪光频谱率的长级时次间显调著在增1多1M且H更z以为上明，亮以。免振荡器过热。要6、特记别录注共意振不时要的使频超率声计光读栅数仪频率长时间调在11MHz以上，以免振荡器过热。超、声已波知作，为用一测种微纵目波镜在测水出中衍传射播条时纹，间其距声压，使并液读体出分共子振产频生率周期，性即的可变以化求，出促超使声液波体在的待折测射液率体也中相的应传的播作速周度期性的的值变。化，形成疏密波。黄超1声光波波作长为一种=5纵76波. 在水中传播时，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。黄3、光调波节长共振=频57率8. ，使衍射光谱的级次显著增多且更为明亮。调绿焦线目镜看清分划板十字刻线。 3黄、线调节共振频率，使衍射光谱的级次显著增多且更为明亮。 4、左右微转动超声池，使射于超声池的平行光束完全垂直于超声束，同时观察视场内的衍射光谱，使得光谱左右级次对称、亮度一致；测微目镜中衍射条纹位置读数，小数点后第三位为估读值(mm）黄光波长 =578. 20℃时，水（H2O）中标准声速vS=1451.

测量声速的实验报告声速测定实验数据处理

测量声速的实验报告声速测定实验数据处理测量声速（实验报告）实验目的：1）探究影响声速的因素，超声波产生和接收的原理。

2）学习、掌握空气中声速的测量方法3）了解、实践液体、固体中的声速测量方法。

4）三种声速测量方法作初步的比较研究。

实验仪器:1）超声波发射器2）超声波探测器3）平移与位置显示部件。

4）信号发生器：5）示波器实验原理：1)空气中：a.在理想气体中声波的传播速度为v（式中 cpcV（1）称为质量热容比，也称“比热[容]比”，它是气体的质量定压热容cp与质量定容热容cV的比值；M 是气体的摩尔质量，T是绝对温度，R=8.314472(1±1.7³10-6)Jmol-1K-1为摩尔气体常量。

）标准干燥空气的平均摩尔质量为Mst =28.966 10-3kg/mol b.在标准状态下(T0 273.15K,p 101.3 kPa)，干燥空气中的声速为v0=331.5m/s。

在室温t℃下，干燥空气中的声速为v v0（2）（T0＝273.15K）c.然而实际空气总会有一些水蒸气。

当空气中的相对湿度为r时，若气温为t℃时饱和蒸气压为pS，则水汽分压为rps。

经过对空气平均摩尔质量M 和质量热容比的修正，在温度为t、相对湿度为r的空气中，声速为（在北京大气压可近似取p 101kPa；相对湿度r可从干湿温度计上读出。

温度t℃时的饱和水汽压ps可用lgps 10.2861780237.3trp v 331s 16m s （3）计算）d.式(3)的计算结果与实际的超声声速真值可能有一定偏差。

引起偏差的原因有：~状态参量的测量误差~理想气体理论公式的近似性~实际超声声速还与频率有关的声“色散”现象等。

实验方法：A. 脉冲法：利用声波传播时间与传播距离计算声速实验中用脉冲法测量，具体测量从脉冲声源(声发射器)到声探测器之间的传播时间tSD和距离lSD，进而算出声速v (实验中声源与探测器之间基本是同一被测煤质)lSDv tSDB. 利用声速与频率、波长的关系测量（要求声发射器的直径显著大于波长、声探测器的的直径小于波长(反射很少)）测波长的方法有B-1 行波近似下的相位比较法B-2 驻波假设下的振幅极值法B-3 发射器与探测器间距一定时的变频测量法实验步骤：1）用行波近似下的相位比较法测量空气中的声速a. 正确接线将信号发生器的输出连接到声速仪的超声发射器信号的输入端的T型三通接头上，三通的另一个借口用导线连到示波器的一个输入端。

2[1].5平面衍射光栅

2.5 平面衍射光栅（ Plane diffraction grating ）
4．光栅方程
谱线的位置由光栅方程
d sin j, ( j 0, 1, 2, )
所决定，j为谱线的级数。可用于光栅方程测波长：d, , d 测光栅常量：
平行光倾斜（0）入射时：
第2章光的衍射（Diffraction of light）
2.5 平面衍射光栅（ Plane diffraction grating ）
2．实验装置和现象解释 • 现象的定性解释缝间干涉因子：（多光束干涉）由于各缝发出的多光束是相干的，如果相邻缝间的宽度相等，那么各相邻光束在叠加时有相同的相位差，因此同时将出现多光束干涉图样，即宽大的黑暗背景中出现明晰锐利的亮条纹，即光谱线。
sin j ' (
多缝干涉最小值位置：
Nd ), j 0, N , 2 N ,
sin j ( ), d
j 0, 1, 2,
第2章光的衍射（Diffraction of light）
2.5 平面衍射光栅（ Plane diffraction grating ）
衍射干涉综合
第2章光的衍射（Diffraction of light）
2.5 平面衍射光栅（ Plane diffraction grating ）
3．强度分布 I P （单缝衍射因子）（缝间干涉因子）或者说单缝衍射因子对干涉主最大起着调制作用。光强分布 I P可形象地用表格表示，其中归纳为三大公式：单缝衍射最小位置：sin k ( b ), k 1, 2, 多缝干涉主最大位置：
狭缝在原平面内平行移动,屏上条纹分布如何？