声光衍射与液体中声速的测定实验报告

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1、GUIZHOUUNIVERSITY实验报告实验课程名称大学物理实验教程实验项目名称声光衍射与液体中声速的测定年级专业学生姓名学号理学院实验时间：20年月日学生实验室守则一、按教学安排准时到实验室上实验课，不得迟到、早退和旷课。二、进入实验室必须遵守实验室的各项规章制度，保持室内安静、整洁，不准在室内打闹、喧哗、吸烟、吃食物、随地吐痰、乱扔杂物，不准做与实验内容无关的事，非实验用品一律不准带进实验室。三、实验前必须做好预习（或按要求写好预习报告），未做预习者不准参加实验。四、实验必须服从教师的安排和指导，认真按

2、规程操作，未经教师允许不得擅自动用仪器设备，特别是与本实验无关的仪器设备和设施，如擅自动用或违反操作规程造成损坏，应按规定赔偿，严重者给予纪律处分。五、实验中要节约水、电、气及其它消耗材料。六、细心观察、如实记录实验现象和结果，不得抄袭或随意更改原始记录和数据，不得擅离操作岗位和干扰他人实验。七、使用易燃、易爆、腐蚀性、冇毒冇害物品或接触带电设备进行实验，应特别注意规范操作，注意防护；若发生意外，耍保持冷静，并及时向指导教师和管理人员报告,不得自行处理。仪器设备发生故障和损坏，应立即停止实验，并主动向指导教师

3、报告，不得自行拆卸查看和拼装。八、实验完毕，应清理好实验仪器设备并放冋原位，清扫好实验现场，经指导教师检查认可并将实验记录交指导教师检查签字后方可离去。九、无故不参加实验者，应写出检查，提出屮请并缴纳相应的实验费及材料消耗费,经批准后，方可补做。十、自选实验，应事先预约，拟订出实验方案，经实验室主任同意后，在指导教师或实验技术人员的指导下进行。十一、实验室内一切物品未经允许严禁带出室外，确需带出，必须经过批准并办理手续。学生所在学院：专业：班级：【实验项目名称】声光衍射与液体屮声速的测定【实验目的】1.了解声

4、光相互作用的原理，观察声光衍射现象。2.利用超声光栅测定液体中的声速。【实验原理】1.声光衍射声波是一种纵向机械应力波，他在介质中传播是会引起介质密质发主疏密交替的周期变化，这就使得介质折射也发牛相应的变化。当一束光射入这种介质吋，就会因这种折射率的周期性变化而发生衍射，衍射光的强度、频率、方向等都随超声波变化，这就是声光衍射。声光衍射可分为：喇曼■奈斯衍射和布拉格衍射两种类型。喇曼■奈斯衍射条件是：当光波方向垂直于声波方向，在介质中转播的距离L很小，声波频率较低时，截至起到“平面光栅”的作用，这种衍射相似于

5、平而光栅衍射，可得如下式（1）的光栅方程。布拉格衍射的条件是：当光波方向于声波方向不垂直，而且在介质中传播的距离L较人，声波频率较高时，声波在介质屮的要穿过多个声波面，故介质起到“体光栅”的作用，就会产生布拉格衍射。本实验采用喇曼徐斯衍射。平行光垂直入射光栅时，将产牛多级衍射光，U各级衍射光强为最大位置，并对称分布在零级光谱的两侧。2.液体屮的声速测定超声波在液体中以纵波形式传播，以波前进路径上，声音的压强（声压）使液体被被周期压缩于膨胀，从而使液体折射率也和应地作周期性的变化，形成疏密波。如果有一列波沿X方

6、向传播，在A处遇到反射器后，超声波被反射面沿反方向传播，在一定条件下，前进波与反射波叠加而形成稳定的纵驻波。此时，超声装置中的待测透明液体就成为“超声光栅”。若有一束平行光沿垂直于超声波传播方向，通过疏密相间的液体时，就会被“超声光栅”衍射。而所对应的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A。由于驻播的振幅可以达到原单一行波的两倍（即波腹两处振幅同向而加强，波节处两波振幅而反向减弱），这样就加剧了波源与反射面之间的液体疏密化程度。仔细研究发现：在某个时刻，纵驻波任意波节两边的质点都涌向这个节

7、点，使该节点附近成为质点的密集区，而相邻的节点处成为稀疏区。当半个周期后，这个波节附近的质点向两边散开变为稀疏区，相邻波节主变为密集区。而这一驻波中，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。在距离等于波氏A的两点，质点的密度相同，折射率也相同。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1），槽中的液体就相当于一个衍射光栅。行波的波长A相当于光栅常数。由超声波在液体中的产生的光栅作用称为超声光栅。山光学理论可知，-•波长为入的平而光垂直通过光栅常数为d的光栅，其第k级亮

8、条纹的衍射角％满足关系式dsin^k二土k入（1）式中,k二0,±1,±2,±3,.....为衍射级次;九为对应的衍射饬；入为波长；d为光栅常数。对于“超声光栅”，由于光栅常数等于超声波的波长A。因此衍射方程式可以写为AsinOk=±kX（k=0丄2,3,…）（2）由于衍射角（儿很小，按照几何关系有sin0k=D/L（3）式中,D为中央零级光点和第k级衍射光点Z间的距离；L为望远镜的物镜聚焦（仪器数