超声波干涉、衍射与反射方法测量声速实验的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.comJournalofShandongUniversityofScien~eandTechnology第27卷第3期VOI．27No．32008年6月Jun．2008NaturalScience超声波干涉、衍射与反射方法测量声速实验的研究姜琳，王岩庆(山东科技大学理学院，山东青岛266510)摘要较法对仅增加关键词——422—3767(2008)03008704中图分类号：0．1文献标志码：A文章编号：1672StudyonMeasuringExperimentofSoundVelocityBasedonUltrasoni

2、cInterference，DiffractionandReflectionMethodsn—nJIANGLi。WANGYanqig(CollegeofScience，SUST，Qingdao，Shandong266510，China)AbstractThearticleintroducesthemeasurementsofthesoundvelocitybyemployingultrasonicinterferenceanddif—：’—fraction，aswellasreflectionmethodofLloydSmirror，andcomparesitwit

3、hthestationarywavemethod．Thisexperimentnotonlycanexpandthemeasurementsofthesoundvelocitybutalsocandeepentheunderstandingoftherulesofwaves．Keywords：interferenceintensity；diffractionintensity；waveslvelocityofsound一些波动现象在空气中，，不仅可以用可见光与微波(均为电磁波)演示，也可以用声波演示。在气体中，一个重大区别声波是在弹性介质中传播的机械纵波，因而不会出

4、现偏振现象，这是声波与电磁波的。但声波口]所产生的几种干涉和衍射效应与电磁波的干涉和衍射效应完全相似。由于超声波具有波长短、易于定向发射及抗干扰等优点，所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。本文着重研究用声波的双缝干涉、单缝衍射及声波反射的方法测量声速，将测量的声速值与理论值进行比心]较，从而加深对波动学的物理规律和概念的理解。1实验原理1．1超声波的干涉、反射和衍射与可见光束产生的衍射和干涉相似，用超声波同样可实现干涉和衍射实验，也可以测量声波的波长和声速，其中最简¨3]单的是双缝干涉实验。实验装置如图1所示。对于不同的a角，如果从双缝到接收器的波程差是波长的整

5、数倍，就会产生相长干涉，因而观察到干涉强度的极大值；当程差是半波长的奇数倍时，干涉强图1双缝干涉装置图度有极小值。因此，干涉强度出现极大值与极小值的条件如Fig-．1Thedoubleslitinterferencedevice式(1)和式(2)所示。■■■—■一收稿151期：2008—04—281958-)作者简介：姜琳(，女，山东泰安人，教授，主要从事大学物理教学与研究维普资讯http://www.cqvip.coml山东辩麓莉鲁88第27卷第3期VoI．27No．3学报J自然科学版I一一2008年6月Jun．2008极大值：dsina=砝(1)极小值：dsin

6、a=+寺1(2)＼厶，其中：为零或整数；d为二个缝中心位置的距离；a为接收器中心转过的角度；为声波的波长。另一种称作“洛埃镜”装置，其中反射面(镜)形成波源的一个虚像，如图2所示。这里仍然可以用接收器来研究由初一镜始波与反射波所形成的干涉图形中的波节图。用相位比较法进行测量，当反射镜向后移动距离△L—L一L时，将出现圈2洛埃镜装置图Fig．2TheEquipmentofLoyd’SMirror极值，即直接入射波和由反射镜反射波的波程相差，满足：一(3)式(3)中：L和L。分别为接收器输出信号和发射器输入信号相位差为零时相邻的两个位置；D为发射器和接收器中心部位的间距

7、。衍射效应用超声波也可以观察到。采用一个单缝，如图3所示。将超声波源移至离单缝较远位置，垂直辐射至单缝，此时来自单缝的一半的辐射与来自另一半的辐射相差半波长奇数倍时，会产生相消干涉，因此相消干涉条件是：圈3单衍射装置圈发sina—f+＼(4)Fig．3TheEquipmentofsingle-slitdiffraction、厶，式(4)中：n一0，-_4-1，±2，⋯；b为单缝缝宽；a为接收器中心位置转过的角度。1．2共振干涉法发射源发出的一定频率的声波经过空气传播到达接收器。若接收面与发射面严格平行，入射波与反射波相干形成驻波，反射面处为驻波的波节。改变接收器