液體中超聲波聲速的測定16Hz20kHz20Hz一、 實驗目的了解超聲波的產(chǎn)生方法及超聲光柵的原理測定超聲波在液體中的傳播速度二、 實驗儀器分光計，超聲光柵盒，鈉光燈，數(shù)字頻率計，高頻振蕩器。三、 實驗原理將某些材料（如石英、鈮酸鋰或鋯鈦酸鉛陶瓷等）就得到了最強的超聲波。超聲波在液體介質(zhì)中以縱波的形式傳播，其聲壓使液體分子呈現(xiàn)疏密相同的周期性分布，形成所謂疏密波，如圖1a)變化。若用N0

表示介質(zhì)的平均折射率，t 時刻折射率的空間分布為Ny,tN0

N

tKys s式中ΔN

是超聲波的波角頻率；Ks

是超聲波的波數(shù)，它與超聲波波長λ

的關系為K=2π/λ

。圖1b是某一時刻折射率的分布，這種分布狀態(tài)將隨時以超聲sss波的速度vs向前推進。ss圖1 密度和折射率呈周期分布如果在超聲波前進的方向上垂直放置一表面光滑的金屬反射器，那么，到達反射器表（縱駐波y軸正方向傳播，它們的表達式為 AtKys s AtKys s其合成波為 AtKy AtKy1 2 s s 1 s s利用三角關系可以求出2AcosKs

ycosts此式就是駐波的表達式。其中cos

t表示合成以后液體媒質(zhì)中各點都在各自的平衡位置附s近作同周期的簡諧振動，但各點的振動為AcosKy，即振幅與位置y有關，振幅最大發(fā)s生在cosKy1處，對應的yn/K n/2這些點稱為駐波s s s的波幅波幅處的振幅為相鄰波幅間距離為為/2振幅最小發(fā)生在cosKy0處，s s其中y(2n/4，這些點稱為波節(jié)，如圖2中a、、c、d為節(jié)點，相鄰波節(jié)間的距s離也為s

/2。可見，駐波的波腹與波節(jié)的位置是固定的，不隨時間變化。對于駐波的任意一點，在某一時刻t=0時，它兩邊的質(zhì)點都涌向節(jié)點，使節(jié)點附近成為質(zhì)點密集區(qū)；半周NN0

2N

ycosts s。圖2 t=0和t=T/2時刻振幅、折射率及質(zhì)點的疏密分布圖3喇曼-納斯衍射按照超聲頻率的高低和受聲光作用超聲場長度的不同，聲光作用可分為兩種類型：喇曼3（即衍射光強度為最大的位置對稱地分布在零級極大位置的兩側(cè)。設第kθsin k 0,1,2,3...s k式中λ為光波波長。超聲波在介質(zhì)中傳播的速度為v fs s式中f為振蕩電源的頻率。圖4實驗原理圖超聲光柵實驗的原理如圖4（如水間的距離，在液體中發(fā)射波與反射波疊加形成駐波，構(gòu)成超聲光柵。四、 實驗內(nèi)容與步驟調(diào)節(jié)分光計到正常測量狀態(tài)。4物臺上，使超聲波的傳播方向與入射波垂直。距離，以便觀察最佳的衍射條紋。測量高頻電壓頻率和衍射條紋的衍射角，并測出待測液體的溫度。五、 數(shù)據(jù)表格和數(shù)據(jù)處理衍射條紋的衍射角的測量mmmmm2 msv smvsvvs smsinsm左游標右游標液體溫度（℃）v svs求出該溫度下液體中的平均聲速。根據(jù)純水中聲速與溫度的關系：1557Tm/s求出實驗室溫度下