大学物理实验报告系列之超声光栅.doc

【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。 其中为衍射光谱零级至级的距离；为透镜（L2）的焦距（JJY分光计）。 所以超声波波长： 超声波在液体中的传播速度： 式中为振荡器和锆钛酸铅陶瓷片的共振频率。为相邻两条同色衍射条纹之间的距离。 测微目镜原理图 【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】 侧微目镜中衍射条纹位置读数（mm） -2 -1 0 1 2 黄 2.473 3.192 3.988 4.815 5.562 绿 2.556 3.277 3.986 4.725 5.495 蓝 2.818 3.390 3.988 4.598 5.188 用逐差法处理数据： 对于黄光： 对于绿光： 对于蓝光： 【小结与讨论】 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。 讨论：如何让本实验衍射的中央条文极大和各级的谱线随功率信号源的频率而增大减小的现象？ 简述：因频率不同，超声产生的驻波的波峰与波幅的间距不同，即光栅常数变化所以图像会相应的变化。 大学物理实验报告 次 数 光 色