油水混合液體超聲光柵光譜的研究

1、油水混合液體超聲光柵光譜的研究一、實驗目的：1、了解超聲光柵產(chǎn)生的原理。2、觀察水層，油層及其界面的光譜，在不斷改變油層厚度的情況下，計算水層的條紋間距。二、實驗原理：1、光波在介質(zhì)中傳播時被超聲波衍射的現(xiàn)象，稱為超聲致光衍射，也叫聲光效應。2、超聲波作為一種縱波在液體中傳播時，其聲壓使液體分子產(chǎn)生周期性的變化，促使液體的折射率也相應的做周期性的變化，形成疏密波。此時如有平行單色光垂直于超聲波傳播方向通過這疏密相同的液體時，就會被衍射，這一作用，類似光柵，所以稱為超聲光柵。 超聲波傳播時，如前進波被一個平面反射，會反向傳播。在一定條件下前進波與反射波疊加而形成超聲頻率的縱向振動駐波，加強波源和

2、反射面之間液體的疏密變化程度。在這些駐波中，稀疏作用使液體折射率減小，而壓縮作用使液體折射率增大。當單色平行光垂直于超聲波傳播方向通過上述液體時，因折射率的周期變化使光波的波陣面產(chǎn)生了相應的位相差，經(jīng)透鏡聚焦出現(xiàn)衍射條紋。 本實驗觀察的是超聲波先后垂直通過水層和油層，使單色光垂直超聲波傳播的方向入射，然后通過改變水層與油層的厚度，觀察水層、油層及其界面的光譜。三、實驗裝置：JJY分光計, WSG-I超聲光柵聲速儀, 鈉燈等，裝置如下： 圖一圖一為實驗裝置示意圖。其中，1為單色光源，2為分光計狹縫，3為分光計平行光管，4為分光計載物臺，5為超聲池接線柱，6為超聲池，7為分光計望遠鏡，8、9為測微

3、目鏡。接線柱接出信號線接至電源箱的輸出端，由電源箱提供高頻信號 。四、實驗步驟：1、分光計的調(diào)整（調(diào)整方法可參閱說明書）；2、采用鈉燈作光源；3、先將水注入到液體槽內(nèi)，然后注入油，使油盡量鋪成薄薄一層；4、將液體槽（也稱超聲池）放置于分光計的載物臺上，放置時，使超聲池兩側(cè)表面基本垂直于望遠鏡和平行光管的光軸；5、開啟超聲信號源電源，從阿貝目鏡觀察衍射條紋，細微調(diào)節(jié)旋紐，改變電振蕩頻率，直到從目鏡中觀察到穩(wěn)定而清晰的衍射光譜；6、取下阿貝目鏡，換上測微目鏡，調(diào)焦目鏡，使清晰地觀察到衍射條紋，利用測微目鏡逐級測量其位置讀數(shù)；7，改變水層及油層厚度，重復5、6步；8、用逐差法求出條紋間距的平均值。五

4、、數(shù)據(jù)記錄：(水層條紋位置)油層厚度-3級-2級-1級0級1級2級3級0cm1.7682.5523.3314.1214.9105.7050.8cm1.9482.7173.5164.2985.0915.8760.9cm2.0012.78.3.5724.3195.1255.8941cm2.0152.7823.5654.3715.1315.9051.1cm2.0202.7983.5724.3445.1125.9101.2cm2.0092.7823.5604.3565.1255.9111.3cm2.0122.7853.5574.3505.1325.8901.45cm1.9982.7783.5784.3

5、595.1395.9121.5cm1.9982.7883.5494.3455.1225.9121.6cm2.0052.7863.5574.3625.1255.9001.7cm2.0262.7883.5644.3665.1345.9051.8cm2.0012.7903.5704.3685.1425.9211.9cm2.0082.7883.5474.3565.1185.8992.0cm2.0002.8113.6014.3765.1565.9322.1cm2.0422.8123.5854.3765.1585.9112.2cm2.0522.8183.5944.3795.1595.9382.4cm2.0

6、482.8303.5864.3625.1565.9202.7cm2.0302.0323.5804.3825.1585.9203cm2.0502.8053.5784.3735.1525.9233.2cm2.0252.7953.5784.3765.1335.9123.6cm2.0412.8053.5834.3765.1505.9213.8cm2.0442.8003.5724.3605.1505.9224.5cm2.0432.8103.5804.3525.1495.9185cm2.0122.7823.5594.3655.1395.8955.6cm2.0152.8003.5524.3355.1215.

7、9026.2cm2.0202.7923.5584.3575.1165.886六、數(shù)據(jù)處理：用逐差法求出條紋間距（共26組數(shù)據(jù)）123456780.78720.78710.77610.78280.77510.78230.77980.78409101112131415160.78270.78210.78080.78560.78110.78360.77840.779117181920212223240.77460.77980.77940.78030.77980.77960.77620.782925260.77790.7766七、實驗結(jié)論：本實驗對油層的厚度進行了一系列的改變，在此基礎(chǔ)上測量了水層條紋的位置，進而用逐差法進行計算，得出不同油層厚度下水層的條紋間距。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，我們得出結(jié)論：油