实验声光衍射法测定液体中的声速幻灯片.ppt

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1、实验声光衍射法测定液体中的声速1第1页，共11页，编辑于2022年，星期五实验原理实验原理:1922年布里渊(L.Brillouin)首次提出声波对光会产生衍射效应。按超声波频率和声光介质厚度的不同，可分为喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射。在超声波频率较低（10MHZ)，且声光介质的厚度比较小的情况下，当激光垂直于超声场的传播方向入射到声光介质中时，将产生明显的喇曼-奈斯衍射。而超声波频率高到100MHZ左右时则产生布喇格衍射。2第2页，共11页，编辑于2022年，星期五实验原理实验原理:声波在气体、液体介质中传播时，作为一种纵向机械应力波，它是以液体密度周期变化来进行传播的，会引起介质密度呈疏密交

2、替的变化。当光通过这种介质时，就相当于通过一个透射光栅，因而会发生衍射。这种现象称为“声光衍射”，而存在着声波场的介质则称为“声光栅”。当采用超声波时，通常就称为“超声光栅”。3第3页，共11页，编辑于2022年，星期五衍射光强分布图：衍射光强分布图：k k-衍射角 L-L-光栅到衍射屏的距离 D Dk-k-第k级条纹间的距离4第4页，共11页，编辑于2022年，星期五超声波在该液体中的传播速度为：超声波在该液体中的传播速度为：当LDk 时，有sink tgk=则超声波在该液体中的传播速度为：V=（k=0，1，2，3，；=650nm）f-超声波频率 5第5页，共11页，编辑于2022年，星期五

3、实验方法实验方法:本实验采用压电材料的逆压电效应产生超声波，并在液槽中产生超声驻波场，形成超声光栅。压电材料在这里起电声换能的作用，在交变电场作用下产生超声振动。当交变电压的频率达到换能器的固有频率时，由于共振的结果，此时振幅达到极大值。6第6页，共11页，编辑于2022年，星期五 声光衍射实验装置示意图声光衍射实验装置示意图:7第7页，共11页，编辑于2022年，星期五超声光栅：电声换能器 PZTPZT声光介质d声波反射壁s8第8页，共11页，编辑于2022年，星期五操作方法：操作方法：l打开科学工作室软件，将旋转移动传感器接到数字通道上，将光传感器接到模拟通道上,设置合适的取样频率（f=1

4、00HZ)。l用图表显示进行观察，设置x轴为位置变量。移动“旋转移动传感器”并记录下光强随位置变化分布曲线。l根据曲线情况，反复调节超声波频率f及入射光角度、调节调节换能器的发射平面和反射面平面的平行度，调节换能器和反射面之间距离，继续测量衍射光强分布曲线，直到采集到较满意的图样为止。9第9页，共11页，编辑于2022年，星期五D2声光衍射光强分布图声光衍射光强分布图:10第10页，共11页，编辑于2022年，星期五实验中容易出现的问题实验中容易出现的问题 :l科学工作室有关设置（如取样选项）出错。l衍射图样左右不对称。l零级条纹出现削峰。l衍射不充分等问题。11第11页，共11页，编辑于2022年，星期五