實(shí)驗(yàn)聲光衍射法測(cè)定液體中的聲速

實(shí)驗(yàn)聲光衍射法測(cè)定液體中的聲速1第一頁，共十一頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)原理

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1922年布里淵(L.Brillouin)首次提出聲波對(duì)光會(huì)產(chǎn)生衍射效應(yīng)。按超聲波頻率和聲光介質(zhì)厚度的不同，可分為喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射。在超聲波頻率較低（10MHZ)，且聲光介質(zhì)的厚度比較小的情況下，當(dāng)激光垂直于超聲場(chǎng)的傳播方向入射到聲光介質(zhì)中時(shí)，將產(chǎn)生明顯的喇曼-奈斯衍射。而超聲波頻率高到100MHZ左右時(shí)則產(chǎn)生布喇格衍射。

2第二頁，共十一頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)原理

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聲波在氣體、液體介質(zhì)中傳播時(shí)，作為一種縱向機(jī)械應(yīng)力波，它是以液體密度周期變化來進(jìn)行傳播的，會(huì)引起介質(zhì)密度呈疏密交替的變化。當(dāng)光通過這種介質(zhì)時(shí)，就相當(dāng)于通過一個(gè)透射光柵，因而會(huì)發(fā)生衍射。這種現(xiàn)象稱為“聲光衍射”，而存在著聲波場(chǎng)的介質(zhì)則稱為“聲光柵”。當(dāng)采用超聲波時(shí)，通常就稱為“超聲光柵”。

3第三頁，共十一頁，2022年，8月28日衍射光強(qiáng)分布圖：

k---

衍射角

L---光柵到衍射屏的距離

Dk---第k級(jí)條紋間的距離4第四頁，共十一頁，2022年，8月28日超聲波在該液體中的傳播速度為：

當(dāng)L>>Dk時(shí)，有sink

tgk=則超聲波在該液體中的傳播速度為：

V=（k=0，1，2，3，……；=650nm）

f---超聲波頻率

5第五頁，共十一頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)方法:

本實(shí)驗(yàn)采用壓電材料的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，并在液槽中產(chǎn)生超聲駐波場(chǎng)，形成超聲光柵。壓電材料在這里起電聲換能的作用，在交變電場(chǎng)作用下產(chǎn)生超聲振動(dòng)。當(dāng)交變電壓的頻率達(dá)到換能器的固有頻率時(shí)，由于共振的結(jié)果，此時(shí)振幅達(dá)到極大值。6第六頁，共十一頁，2022年，8月28日聲光衍射實(shí)驗(yàn)裝置示意圖:

7第七頁，共十一頁，2022年，8月28日超聲光柵：電聲換能器

PZT聲光介質(zhì)d聲波反射壁s8第八頁，共十一頁，2022年，8月28日操作方法：打開科學(xué)工作室軟件，將旋轉(zhuǎn)移動(dòng)傳感器接到數(shù)字通道上，將光傳感器接到模擬通道上,設(shè)置合適的取樣頻率（f=100HZ)。用圖表顯示進(jìn)行觀察，設(shè)置x軸為位置變量。移動(dòng)“旋轉(zhuǎn)移動(dòng)傳感器”并記錄下光強(qiáng)隨位置變化分布曲線。根據(jù)曲線情況，反復(fù)調(diào)節(jié)超聲波頻率f及入射光角度、調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)換能器的發(fā)射平面和反射面平面的平行度，調(diào)節(jié)換能器和反射面之間距離，繼續(xù)測(cè)量衍射光強(qiáng)分布曲線，直到采集到較滿意的圖樣為止。

9第九頁，共十一頁，2022年，8月28日D2聲光衍射光強(qiáng)分布圖:10第十頁，共十一頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)的問題:科學(xué)工作室有關(guān)設(shè)置（如