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
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。
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。
超声光栅测声速实验（全）
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。
超声光栅测声速实验报告之欧阳化创编
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：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。
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 。
超声光栅与透明液体中声速的测量
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：实验4-1 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】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（4-1-1）所示。
图4-1-1 超声驻波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互相垂直时，发生衍射，这种衍射即为喇曼-奈斯衍射,此光栅称为超声光栅。
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。
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k θ满足关系式λθk d k ±=sin 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，因此上式可以写成λθk k ±=Λsin k=0,1,2… （4-1-2）当k θ很小时，上式又可以写为λθk k ±≈Λ k=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k θ，以及超声波的频率f ，就可以得到透明液体中的声速v 为f v Λ= (4-1-4)【实验仪器】图4-1-4 WSG-I 超声光栅声速仪及实验装置图实验装置如图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。
实验时，应首先对分光计进行调整。
拆下液体槽，并用阿贝目镜替换测微目镜，借助平面反射镜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垂直，平行光管与望远镜同轴并发射平行光，载物台面与分光计转轴垂直。
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。
超声波光栅测声速实验报告
超声波光栅测声速实验报告
实验名称：超声波光栅测声速
实验目的：通过超声波光栅测量声速。
实验原理：
超声波光栅是利用超声波的散射现象形成的光栅，可以通过测量超声波的散射光来求得超声波的频率，从而计算声速。
实验装置主要由超声波发生器、示波器、光栅装置和计时器组成。
超声波发生器产生超声波，然后将超声波通过光栅装置发射到测试介质中。
当超声波经过介质时，会发生声速变化，照射到特定位置的光栅上会发生散射现象，形成散射光。
通过示波器可以测量到散射光的频率。
根据频率公式：f = c / λ，其中f为散射光的频率，c为声速，λ为光栅常数，则可以通过测量散射光的频率来计算声速。
实验步骤：
1. 将超声波发生器与示波器连接起来，并将光栅装置固定在一定位置上。
2. 打开超声波发生器和示波器，调节超声波的频率和幅度，使其能够正常工作。
3. 将超声波发射到测试介质中，并使其经过固定位置的光栅。
4. 使用示波器测量散射光的频率，并记录下来。
5. 根据频率公式，计算出声速。
实验结果：
根据实验数据计算得到的声速为XXX m/s.
实验讨论：
在实验中，可以通过调节超声波的频率和幅度来控制散射光的频率，从而得到更准确的声速值。
实验中可能出现的误差主要有光栅位置固定不准确、散射光频率测量不准确等。
可以通过增大样本量、提高测量精度等方法来减小误差。
实验结论：
通过超声波光栅测量声速的实验，得到了声速为XXX m/s的结果。
实验结果可靠，与理论值较为接近，验证了超声波光栅测声速的方法的可行性。
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。
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
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。
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。
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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： *****XXX 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 π
ρρρωλ⎛⎫
=+∆-
⋅ ⎪⎝
⎭
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。