建立驻波，然后利用驻波自身像测定声波长。超声光栅声速测定仪就是利用频率为的超声驻波自身像来测定声波波长仪器，这种方法通常为振幅栅法。型超声光栅声速测定仪工作原理当压电晶体被信号发生器激励产生超声波时，适当调节反射板使槽内形成驻波。这时如果用具有定扩散角度的线状光源垂直于声波方向照射液槽，在液槽的另侧的专用光屏上可以观察到光线被超声驻波调制而产生的明暗相间的条纹，这是声波的自身放大像，及超声光栅的自身像。这里利用扩散线光源的目的主要是为了获得放大了的驻波像。专用光屏实际上是用在暗筒内安装了成像用的带有字刻度的光屏和放大镜。通过观察窗口能够观察到放大了的明暗相间的条纹。驻波像的形成驻波在声波的个周期内，液体中的密集区或稀疏区经历形成消失移位再消失的过程。这样，在驻波液体中存在着时间上相差半周期，空间上相对位移半波长的俩个交替的瞬间驻波状态，而这俩个瞬间状态自形成驻波像。如图，液体质点位移运动方向用箭头表示，声压和折射率随反射板距离的分布关系，图中画出了，入，入，三个瞬间。其中和入恰好是驻波幅度最大的俩个瞬间，从图中可看出在这时间上相差半周期的俩个瞬间液体中密集区稀疏区的位置移动了半个波长。从图中还可以看出入瞬间，驻波处于消失状态。所以，个驻波的周期存在和入俩次瞬间驻波像。但是由于超声波频率变化非常快，而人的视觉有暂留现象，无法感觉其迅速交替过程，结果我们在屏上见到的明暗相间条纹，交际上是上述俩个瞬间状态驻波影像的叠加，即其条纹间距对应于超声波的半波长。测定波长的方法和特点利用超声驻波像测定声波波长时，因为使用了发散光束，在光屏上得到的明暗相间条纹是放大了的驻波像，因此，屏上条纹间距不等于声波长。为了测量待测液体的声波长，必须在声波传播方向上利用测微装置移动并且测量液槽，使光屏上的驻波放大像也随着移动，利用光屏上的字标记，记录移动过标记的条纹数，如果液槽移动距离为利用测微测量仪器测定，移动标记的条纹数为，则待测液体的声波波长为。利用该方法测量声速时，因为驻波结构是比较稳定的，在整个测量过程中不容易受其他干扰，而且使用稳频固定频率信号，因而消除了引起系统误差的各种可能性因此该起的测量精度比较高。实验研究型超声光栅声速测定仪仪器介绍图型超声光栅声速测定仪仪器实物图图型超声光栅声速测定仪仪器原理图如图，型超声光栅声速测定仪主要由五个部分组成超声波液槽。内部尺寸。在透明槽内安装有产生超声振动的压电晶体和正对晶体的反散射板。激励压电晶体产生超声振动的稳频超声振动波信号发生器。输出信号频率频率稳定度输入信号幅度大于为了使用方便设俩个并联的输出端使用电源交流耗电功率小于能够把液槽沿声波传播方向平移的测微测量装置。数字显示，厂家可提供俩种型号其最小分度值分别为或。用户根据测量精度要求自选。测量距离，可测条纹数多于条。本实验用的是的精度。具有可调狭缝的线状光源。使用光源直灯丝灯泡可调狭缝狭缝长度狭缝缝宽调节范围。显示观察条纹用的专用光屏。高度，方向可调，光屏中心部位有字标记放大镜焦距可以调节。其他附件超声相位法干涉法个压电接收探头及其支架示波器二次干涉法能产生直径平行光的激光光源个成像透镜光屏实验操作利用超声干涉法，相位法测定液体声速首先，以超声波接收探头代替反射板的位置，利用量声波长把信号发生器的个输出端接在发射探头上，接收探头信号接到示波器的轴输入端。当仪器正常工作时，发射探头和接收探头之间产生干涉叠加。如果单方面改变俩者之间距离，那么，每当满足半个波长的整数倍时，都能形成驻波状态，可利用示波器观察接受探头所产生信号的周期性变化来测定声波长。如果信号强度极大值或者极小值变化次，距离变化为，则声波波长入相位法测定声波长在干涉法的基础上，再把信号发生器另输出端的信号接入到示波器的轴输入端，就成为相位法的测量装置。这时，示波器的图形就显示发射探头和接收探头之间相位变化的李萨如图形。俩者之间的距离每当改变个波长入，图形的形状就周期性的变化次。如果图形的变化次，测微装置测量距离为，那么声长就等于入利用二次干涉法测定液体声速二次干涉法的测量装置，由产生直径约的扩展平行光束的激光系统可调反射板的液槽成像透镜及光屏组成。二次干涉法测量时，是把激光光束透过驻波产生的超声光栅作为物，利用成像透镜把这个物光栅的像显示在光屏的方法测量声波波长。阿贝成像告诉我们，光屏上看到的明暗条纹是在透镜焦平面上超声光栅的傅立叶频谱作为子光源再组合二次干涉，在像平面上干涉叠加，形成了超声光栅的放大像。这时，设透镜的焦距为，焦平面与光屏距离为，光屏上的条纹间距离为，则声波波长入等于入。因此，可求出入在二次干涉法中也可以用测微装置平移超声波液槽方法测定利用超声波驻波像测定声波波长本实验采用首先，调节驻波液槽内的反射板，压电晶体面与反射板等高平行，其间距约，然后装入待测液体。把液槽放在测微测量装置上，使超声波传播方向和测微测量装置的测量方向致。把光源液槽光屏依次调整，使其等高同轴，并使光束的照射方向和液槽内光波传播方向严格垂直。光源狭缝与液槽距离约，液槽与专用光屏前端距离约连接光源与交流电源，连接超声波信号发生器的输出端与超声波液槽信号输入插头，接通电源使光源系统和超声波信号发生器开始工作。调节光屏的位置使透过超声波液槽的扩散光束处于光屏中心。调节反射板，调节狭缝的方向，宽度，高度及狭缝与灯丝距离。要求灯丝狭缝的方向与声波波阵面严格致。这时，再调狭缝宽度和光屏放大镜使光屏上能够观察到清晰的条纹。测量时，测量者先决定液槽的移动方向，然后按测量方向移动测微装置，使光屏上的液槽，边记移过字标记的条纹数。设移动距离为，移过字标记的条纹数是般为条，则待测液体的波长为，待测液体的声速入。实验注意事项该仪器使用中，特别注意保护的部分为超声波液槽和发射探头及超声波信号发生器。先将液槽内添加待测液体，然后加超声波信号，以防止发射探头内的压电陶瓷片在空气中强行振动而损坏。超声波信号发生器工作时，要求先在其信号输入端接好负载超声波液槽，然后开电源开关，以保护信号源的安全。使用完毕应将液槽内的待测液体倒出，擦洗干净。实验数据记录表测定液体波长数据记录表待测液体水温度度测量条数条纹数条纹读数值条纹数条纹读数值测量距离波长因此，波长与附录二在度时的声速比较算出百分误差波长的标准差声速的不确定度误差分析明暗相间的条纹不清晰，以致于字叉丝定位条纹数不准。水中可能有杂质造成水本身的密度不能均匀。实验中不可能保证水不震荡，同样可以造成水的密度不均匀。实验结论载有超声波的水具有能使它给入射光的相位振幅加上个周期性的空间调制被成为超声光栅，其光栅常数为超声波波长入。测量声速有主要是测量波长，在给定光波频率的条件下。因此，本实验有三种测量波长的方法二次干涉法相位法超声波驻波像法，本实验型超声光栅声速仪利用超声驻波自身像测量声速公式其中为屏上条纹移动条纹数为屏上移动条时液槽的移动量为超声波频率为超声波波长为超声波在液体中的传播速度讨论与分析参考文献陈晓莉，王培吉用超声光栅测液体中的声速的理论和实验研究西南大学学报自然科学版第卷第期朱小光等关于用超声光栅测液体中的声速的研究河北工业大学教育学院学报第卷第期丁慎训，张连芳物理实验教程第二版清华大学出版社方利广大学物理实验同济大学出版社李平大学物理实验北京清华大学出版社唐煌超声光栅衍射测量液体中的声速的研究江苏技术师范学院学报附录度水中的声速与温度变化温度声速温度声速课程论文题目超声光栅声速测定摘要关键词正文超声光栅声速测定法的提出背景实验原理超声光栅形成原理超声光栅测定声速的理论依据驻波像的形成测量波长的方法和特点实验研究超声光栅声速测定仪器介绍实验操作利用干涉法相位法测定液体声速利用二次干涉法测定液体声速利用超声波驻波像测定声波波长实验注意事项实验数据记录与处理讨论与分析结束语参考文献附录引言年，布里渊曾预言，当高频声波在液体中传播时，如果可见光通过该液体，首次提出对可见光产生衍射效应。这预言在十年后得到验证，这现象被称作声光效应。若声光作用距离较小，光波通过时，介质折射率的空间周期性变化性质可近似认为是时间不变的，其位相受到的调制，如同经过个正弦位相光栅，正弦位相光栅与普通平面矩形光栅的衍射主极大满足类似的光栅方程。年，拉曼和奈斯对声光效应进行研究发现，在定条件下，声光效应的衍射光强分布类似于普通的光栅，所以也称为液体中的超声光栅，超声光栅是种可擦除的实时光栅，它的光栅常数和位相调制深度可以通过超声波的频率和振幅来控制，因此，越来越引起人们的关注，尤其是利用超声光栅产生的多普勒频移技术，在外差干涉测量等许多领域得到了广泛应用。近年来，随着激光技术的发展，声光相互作用又重新引起人们的注意，超声光栅已成为控制光的强度传播方向等的实用方法之，并得到日益广泛的应用。等人利用超声光栅衍射谱来表征泥浆，从而测量它的颗粒尺寸梅振林等人将超声光栅用于声速的测量，设计出种切实可行的仪器并将其用于大学物理基础实验。其中，型超声光栅声速仪为大学物理实验仪器。实验原理超声光栅形成原理驻波声光结合原理驻波的形成当束波长为，周期为的平面正弦超声波在液体里传播时，波前进路径上的液体波周期性地压缩与膨胀，其密度会发生周期性的变化，形成疏密波。液体对光的折射率与液体的密度有关。疏密作用会使液体密度减小折射率减小。压缩作用会使液体密度增大折射率增大。如果在超声波前进的方向上放置个表面光滑且与超声波波阵面平行的金属