超声光栅测声速实验(全)

《超声光栅测声速实验(全)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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：时这种衍射相似于平行光栅衍射，可得如下光栅方程：在调好的分光计上，且当很小时，有：其中，为衍射零级谱至k

2、级的距离；为透镜焦距。所以超声波波长：超声波在液体中的传播速度：其中是振荡器的共振频率，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：四

3、、数据处理1、纯净水Y=1.38502.13202.91503.68104.4150L=1.48502.19502.91503.64504.3450B=1.71802.29502.91503.47004.0950黄光间距均值绿光间距均值蓝光间距均值1.0e-003*0.76320.71830.5920黄光标准差绿光标准差蓝光标准差1.20320.93760黄光声速绿光声速蓝光声速1.0e+003*1.50511.51081.4629相对误差0.01500.0188-0.01352、酒精Y=1.15102.11603.00903.97104.9210L=1.27

4、002.18103.00903.89104.8310B=1.67502.29903.00903.67504.4550黄光间距均值绿光间距均值蓝光间距均值1.0e-003*0.93750.87850.6927黄光标准差绿光标准差蓝光标准差1.48561.09740黄光声速绿光声速蓝光声速1.0e+003*1.22731.23751.2525相对误差0.05080.05950.0723五、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。六、思考题能否用纳光灯作光源？不能。因为实

5、验用的纳光灯是有两根波长相聚很近的光谱组成的，在本实验衍射条纹将会难以分辨，如果粗略测量或者取光谱波长平均值，将有损实验的准确性，不够合理。附件：Matlab程序如下f=170e-3;%焦距r1=578e-9;%黄光波长r2=546.1e-9;%绿光波长r3=435.8e-9;%蓝光波长v=11.71e6;%频率，酒精组需换成酒精O=1482.9;%标准值，酒精组需换成酒精Y=[1.1512.1163.0093.9714.921]%表示黄光的实验数据本组为水，酒精组需换成酒精L=[1.2702.1813.0093.8914.831]%如上B=[1.6752.2

6、993.0093.6754.455]%如上Z=0.001*[Y(5)+Y(4)-Y(2)-Y(1)]/6;M=0.001*[L(5)+L(4)-L(2)-L(1)]/6;C=0.001*[B(5)+B(4)-B(2)-B(1)]/6;S1=std(Y);S2=std(B);S3=std(Z);V1=r1*v*f/Z;V2=r2*v*f/M;V3=r3*v*f/C;H=[ZMC;S1S2S3;V1V2V3];P=[H(3,:)-O]./O;disp('黄光间距均值绿光间距均值蓝光间距均值')disp(H(1,:))disp('黄光标准差绿光标准差蓝光标准差')d

7、isp(H(2,:))disp('黄光声速绿光声速蓝光声速')disp(H(3,:))disp('相对误差')disp(P)