用超声光栅测液体中的声速
实验八 超声光栅测液体中的声速
图2
实际上由于角很小，可以认为：
（2）
其中为衍射零级光谱线至第k级光谱线的距离，f为L2透镜的焦距，所以超声波的波长
（3）
超声波在液体中的传播速度：
【实验目的】
1． 了解声光效应的原理；
2． 掌握利用声光效应测定液体中声速的方法。
【学史背景】
1922年布里渊（L·Brillouin）曾预言，当高频声波在液体在传播时，如果有可见光通过该液体，可见光将产生衍射效应。这一预言在10年后被验证，这一现象被称作声光效应。1935年，拉曼（Raman）和奈斯（Nath）对这一效应进行研究发现，在一定条件下，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。
3.液槽内充好液体后，连接好液槽上的压电陶瓷片与高频功率信号源上的连线，将液槽放置到分光计的载物台上，且使光路与液槽内超声波传播方向垂直。
4．调节高频功率信号源的频率（数字显示）和液槽的方位，直到视场中出现稳定而且清晰的左右至少各二级以上对称的衍射光谱，再细调频率，使衍射的谱线出现间距最大，且最清晰的状态，记录此时的信号源频率。
图1 为在t和t+T/2（T为超声振动周期）两时刻振幅y、液体疏密分布和折射率n的变化分析。由图1可见，超声光栅的性质是，在某一时刻t，相邻两个密集区域的距离为，为液体中传播的行波的波长，而在半个周期以后，t+T/2。所有这样区域的位置整个漂移了一个距离/2，而在其它时刻，波的现象则完全消失，液体的密度处于均匀状态。超声场形成的层次结构消失，在视觉上是观察不到的，当光
图3（a） 图3（b）
1-复合目镜； 2-固定的毫米刻度玻片；
3-可动的叉丝玻片； 4-传动螺旋；
超声光栅测量声速
用超声光栅测定液体中的声速一、实验目的（1）学习声光学实验的设计思想及其基本的观测方法。
（2）测定超声波在液体中的传播速度。
（3）了解超声波的产生方法。
二、仪器用具分光计，超声光栅盒，高频振荡器，数字频率计，纳米灯。
三、实验原理将某些材料（如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等）的晶体沿一定方向切割成晶片，在其表面上加以交流电压，在交变电场作用下，晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动，这种特性称为晶体的反压电效应。
把具有反压电效应的晶片置于液体介质中，当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时，晶片的振动会向周围介质传播出去，就得到了最强的超声波。
超声波在液体介质中以纵波的形式传播，其声压使液体分子呈现疏密相同的周期性分布，形成所谓疏密波，如图1a)所示。
由于折射率与密度有关，因此液体的折射率也呈周性变化。
若用N0表示介质的平均折射率，t时刻折射率的空间分布为式中ΔN是折射率的变化幅度；ωs是超声波的波角频率；Ks是超声波的波数，它与超声波波长λs的关系为Ks=2π/λs。
图1b是某一时刻折射率的分布，这种分布状态将随时以超声波的速度vs向前推进。
如果在超声波前进的方向上垂直放置一表面光滑的金属反射器，那么，到达反射器表面的超声波将被反射而沿反向传播。
适当调节反射器与波源之间的距离则可获得一共振驻波（纵驻波）。
设前进波与反射波分别沿y轴正方向传播，它们的表达式为其合成波为此式就是驻波的表达式。
其中表示合成以后液体媒质中各点都在各自的平衡位置附近作同周期的简谐振动，但各点的振动为，即振幅与位置y有关，振幅最大发生在处，对应的（n=0，1，2，3……）这些点称为驻波的波幅，波幅处的振幅为2A，相邻波幅间距离为。
振幅最小发生在处，其中，这些点称为波节，如图2中a、b、c、d为节点，相邻波节间的距离也为。
可见，驻波的波腹与波节的位置是固定的，不随时间变化。
对于驻波的任意一点a，在某一时刻t=0时，它两边的质点都涌向节点，使节点附近成为质点密集区；半周期后，节点两边的质点又向左右散开，使波节附近成为稀疏区。
超声光栅与透明液体中声速的测量
5
从表 2 中数据可以看出，蒸馏水中声波的传播速度快，乙醇溶液中，乙醇浓度越大，声波传 播的速度越小，但在浓度较小时有点反常，这可能是溶液的浓度不是很准，并且在实验中也 存在误差。例如，测量条纹刻度是读数不准，条纹间距离读得不均匀，不小心动了目镜的焦
4
距，在放容器测量时不是垂直光路，由于容器的折射率而影响了数据,乙醇挥发致浓度降低。 数据总体上符合乙醇浓度越大， 声波速度越小。 因为水中声波传播速度比在乙醇中传播速度 大。
1
的频率 f，就可以得到透明液体中的声速 v 为
v f
【实验仪器】
(4-1-4)
图 4-1-4 WSG-I 超声光栅声速仪及实验装置图 实验装置如图 4-1-4 所示，包括 WSG-1 超声光栅声速仪和光路系统两部分。 光路系统由光源、分光计（JJY-1΄） 、液体槽、测微目镜等组成。 实验时，应首先对分光计进行调整。拆下液体槽，并用阿贝目镜替换测微目镜，借助 平面反射镜用自准直法使望远镜聚焦于无穷远， 望远镜的光轴与分光计的转轴垂直， 平行光 管与望远镜同轴并发射平行光， 载物台面与分光计转轴垂直。 目镜调焦使视野中分划板刻线 清晰，并以平行光管出射的平行光为准，调节望远镜物镜焦距使狭缝像清晰，狭缝像应细锐 明亮。 分光计调整好后，安装上液体槽，槽内注入待测液体，扣上盖板，并用导线与超声光 栅声速仪连接。盖板上固定有锆钛酸铅陶瓷片（或称 PZT 晶体） ，其在高频电信号（由超声 光栅声速仪提供）激励下可产生超声波，超声波沿液体槽传播，在液体中形成超声光栅，当 有平行光入射时，即发生衍射。由于 PZT 晶体直接插入液体中，因此本装置不能对电解质 溶液进行测量。打开光源和超声光栅声速仪，适当调节输出频率，通过望远镜可看到清晰的 衍射条纹，此时将阿贝目镜换为测微目镜，就可测量衍射条纹间距。 光源可使用钠灯或汞灯。钠灯发射的钠黄光波长为 589.3nm。汞灯含有三条谱线，分别 是：汞蓝光，波长为 435.8nm；汞绿光，波长为 546.1nm；汞黄光，波长为 578.0nm。 设入射光波长为 ， k 级衍射条纹间距为 2d k ， 则第 k 级衍射条纹对应的衍射角 k 为
超声光栅测液体声速
超声光栅测液体声速超声光栅测液体声速【实验目的】1.理解超声光栅形成的原因，了解声光作用的原理。
2.调整光路，用超声光栅声速仪测量声波在液体中的传播速度。
【实验原理】一、超声光栅及其成像特点任何能对入射光相位、振幅给与周期性空间调制的装置，都可称为光栅。
载有超声波的液体（本实验是液体槽）具有上述作用，所以称为超声光栅，其光栅常数等于超声波波长。
当压电晶体被信号发生器激励产生超声波时，适当调节压电晶体与反射板之间的平行度，使槽内形成驻波。
这时如果用具有一定扩散角度的线光源垂直于声波方向照射透明液槽，在液槽的另一侧成像装置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，这是超声波驻波的自身放大像，即超声光栅的自身影像，其条纹间距对应于超声波的半波长2λ。
二、测量基本原理当我们用点光源（球面波）照射超声光栅时，类似投影幻灯形式可看到被放大的超声光栅自身像，即超声驻波像。
由于超声波频率v 可由频率计测得，其波长λ可由驻波像的间隔测得，根据关系式（1）可得到超声波在该介质中的传播速度值，这种利用超声光栅测声速的方法，通常称为振幅栅法。
测定波长λ的方法及特点1. 振幅栅法（超声光栅驻波像法）在声波传播方向上利用测微装置测量液槽的移动，此时显示器上驻波的放大像也随着移动，利用显示屏上的十字标记，记录移过标记的条纹数。
如果液槽移动距离为L （利用数显卡尺测定），已过标记的条纹数为N ,则待测液体的声波波长为NY2=λ （2）由公式（1）和（2）得到最后测量公式NvL2=v （3）2.干涉法、相位法（见空气声速测定实验介绍）【实验装置】1.载有超声波的透明液槽，透明液槽内装有产生超声振动的压电晶体。
2.稳频超声波信号源：1.710MHz 。
3.微小平行移动距离的测微装置。
4.前置狭缝及光源。
5.观察超声驻波像的成像装置：CCD 摄像镜头和显示器等。
A ：超声波信号源 F ：图像显示器 E ：CCD 摄像镜头 G ：微小平移测微装置H ：压电传感器 I ：透明液体 J ：前置狭缝及光源图2 实验装置图【实验步骤】1.把液槽放在测微测量装置上，装满待测透明液体，使超声波传播方向与测微装置移动方向一致。
超声光栅测液体中的声速 实验报告
超声光栅测液体中的声速实验报告实验目的：1. 学习超声光栅技术的基本原理及其在液体声速的测量中的应用。
3. 了解液体中的声速与温度、密度等因素的关系，学习并掌握利用实验数据计算声速的方法。
实验原理：超声光栅是一种通过测量超声波在介质中的传播时间或传播距离来测量介质参数的技术。
当在液体中发射一束超声波时，该波在介质中传播时会产生驻波，当驻波的节点与反节点分别扫过探测器时，探测器会检测到相位反转，以此来计算声速。
声速与温度、密度、压力等参数有关，它们之间的关系可以用以下公式描述：v = (γP/ρ)1/2其中，v为声速，γ为气体或液体的绝热指数，P为压力，ρ为密度。
实验器材：超声光栅、选用不同液体、温度计、容量瓶、注射器、天平。
实验步骤：1. 将超声光栅放置在容量瓶中，加入不同液体使光栅完全浸没在液体中，待液体静止。
2. 使用注射器将温度适宜的漏斗液体缓缓注入容量瓶中，待液面平静。
3. 记录实验时液体的温度，并使用超声光栅测量液体中的声速，记录数据。
4. 重复步骤2和3直至所有选用的液体测量完成。
5. 计算数据，分析声速与液体密度及温度的关系。
实验数据：液体测量重量/克体积/mL 温度/℃ 声速/米每秒水 500 500 22.5 149475%酒精 475 500 22.8 1089甘油 800 500 24.2 1769实验结果：由数据可知，在相同温度下，不同液体的声速是不同的，其中甘油的声速最高，水的声速最低，75%酒精的声速居中。
这是由于不同液体的密度不同，其声速也有所不同。
在相同液体中，当温度升高时，声速会随之升高，这是由于液体分子间距离增大而导致声波在液体中传播的速度变快。
同时，由于液体中的热能与分子活动增大，其响应速度也会加快。
实验分析：通过实验可知，在不同液体中测量声速时，温度和液体密度都会影响声速的结果。
为了获得更为准确的实验结果，我们需要控制好实验条件，尽量消除掉实验误差。
例如，在进行实验过程中可以使用恒温加热器来控制温度稳定，避免因温度变化导致实验误差，同时在将液体添加到容器中时，要注意均匀平稳地加入，且不要在加液体的过程中摇晃容器，以避免产生液面波动而导致测量不准确。
超声光栅测液体中的声速
超声光栅测液体中的声速【引言】1922年布里渊曾预言，当高频超声波在液体在传播时，如果有可见光通过该液体，可见光将产生衍射效应，这一预言在10年后被验证。
1935年，拉曼和奈斯对这一效应进行研究发现，在一定条件下，其衍射光强分布类似于普通的光栅。
当超声波在介质中传播时，使介质产生弹性应力或应变，导致介质密度的空间分布出现疏密相间的周期性变化，从而导致介质的折射率相应变化，光束通过这种介质，就好像通过光栅一样，会产生衍射现象，这一现象被称作声光效应（又叫做超声致光衍射）。
人们把这种载有超声的透明介质称为超声光栅。
利用超声光栅可以测定超声波在介质中的传播速度。
【摘要】超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性变化，促使液体的折射率也相应的作周期性变化，形成疏密波。
平行单色光沿垂直于超声波方向通过疏密相间的液体是会被衍射，就形成超声光栅。
超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。
在一定条件下前进波与反射波叠加而形成超声频率的纵向振动驻波。
由于驻波的振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和反射面之间液体的疏密变化程度。
单色平行光λ沿着垂直于超声波传播方向通过上述液体时，因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条纹。
被超声光栅衍射后，自液体槽窗口出射的光，经望远镜物镜会聚在物镜的后焦面上。
用测微目镜观测由超声光栅产生的衍射条纹。
这样通过计算就能利用超声光栅衍射测量出液体中的声速了。
【实验目的】1.了解超声光栅产生的原理。
2.了解声波如何对光信号进行调制3.通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概念的理解。
【实验原理】1.超声光栅光波在介质中传播时被超声衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应）。
超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性变化，促使液体的折射率也相应的作周期性变化，形成疏密波。
利用光栅测量液体中的声速
超声光栅测液体声速【实验目的】1.理解超声光栅形成的原因，了解声光作用的原理。
2.调整光路，用超声光栅声速仪测量声波在液体中的传播速度。
【实验原理】一、超声光栅及其成像特点任何能对入射光相位、振幅给与周期性空间调制的装置，都可称为光栅。
载有超声波的液体（本实验是液体槽）具有上述作用，所以称为超声光栅，其光栅常数等于超声波波长。
当压电晶体被信号发生器激励产生超声波时，适当调节压电晶体与反射板之间的平行度，使槽内形成驻波。
这时如果用具有一定扩散角度的线光源垂直于声波方向照射透明液槽，在液槽的另一侧成像装置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，这是超声波驻波的自身放大像，即超声光栅的自身影像，其条纹间距对应于超声波的半波长。
二、测量基本原理当我们用点光源（球面波）照射超声光栅时，类似投影幻灯形式可看到被放大的超声光栅自身像，即超声驻波像。
由于超声波频率可由频率计测得，其波长可由驻波像的间隔测得，根据关系式v=L/Y（1）可得到超声波在该介质中的传播速度值，这种利用超声光栅测声速的方法，通常称为振幅栅法。
测定波长的方法及特点1. 振幅栅法（超声光栅驻波像法）在声波传播方向上利用测微装置测量液槽的移动，此时显示器上驻波的放大像也随着移动，利用显示屏上的十字标记，记录移过标记的条纹数。
如果液槽移动距离为L（利用数显卡尺测定），已过标记的条纹数为N,则待测液体的声波波长为（2）由公式（1）和（2）得到最后测量公式（3）2.干涉法、相位法（见空气声速测定实验介绍）【实验装置】1.载有超声波的透明液槽，透明液槽内装有产生超声振动的压电晶体。
2.稳频超声波信号源：1.710MHz。
3.微小平行移动距离的测微装置。
4.前置狭缝及光源。
5.观察超声驻波像的成像装置：CCD摄像镜头和显示器等。
A：超声波信号源 F：图像显示器 E：CCD摄像镜头 G：微小平移测微装置H：压电传感器 I：透明液体 J：前置狭缝及光源图2 实验装置图【实验步骤】1.把液槽放在测微测量装置上，装满待测透明液体，使超声波传播方向与测微装置移动方向一致。
利用超声光栅测定液体中的声速(精)
利用超声光栅测定液体中的声速实验简介:光通过处在超声波作用下的透明介质时发生衍射的现象称作声光效应。
1922年布里渊（Brilloui n,L.1889 —1969）曾预言液体中的高频声波能使可见光产生衍射效应, 10年后被证实。
1935年拉曼（Raman,C.V.1888—1970）和奈斯（Nath）发现，在一定条件下, 声光效应的衍射光强分布类似于普通光栅的衍射。
这种声光效应称作拉曼一奈斯衍射，他提供了一种调控光束频率、强度和方向的方法。
本实验要求在理解超声光栅基本原理的基础上掌握实验的调节和测量方法。
实验目的:1、了解超声光栅产生的原理。
2、了解声波如何对光信号进行调制。
3、通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其概念的理解。
实验仪器:超声光栅实验仪（数字显示高频功率信号源及内装压电陶瓷片的液槽）、分光计、低压汞灯、温度计。
实验原理: 1、超声光栅的形成图1在t 和t+T （ T2为超声振动周期）两时 刻振幅y ,液体疏密分 布和折射率n 的变化PZTL2图2超声光栅衍射光路根据光栅方程，衍射的主极大（光谱线）由下式确定:k 为干涉级数，®k 为光栅衍射零级至 k 级光谱的夹角。
2所示，实际上因W 角很小，可以认为 A ®k =k 几所以超声波波长A =k k /®k在透明介质中传播的超声波使介质的局部发生周期性的压缩与膨胀, 以至密度随之发生相应的变化，某时刻，纵驻波的任一波节两边成为质点密集区, 而相邻的波节处为质点稀疏 区；半个周期后两个节点附近的质点又向两边散开变为稀疏区, 相邻波节处变为密集区。
稀疏区作用使介质折射率减小，而压缩作用使介质折射率增大（如图 1所示）。
单色平行光束沿着垂直于超声波传播方向通过槽中的液体时, 因超声波的波长很短，只要槽 A sin （歸）=k k（k =川-2,—1,0,12川）A 就相当于光栅常数。
其中A 为光源波长, 超声的实验光路图如图足够宽，槽中的液体就像一个衍射光栅，途中的声波波长反射板反射板 L i超声光栅在液体中的传播速度V =A f式中：f是高频功率信号源与压电陶瓷的共振频率。
利用超声光栅测定液体中的声速
利用超声光栅测定液体中的声速
超声光栅是一种利用光栅衍射原理和声光相互作用来measure声波速度的技术。
该技
术主要可以应用于测量液体中声速的测量中。
液体中声速的测量是工业生产中必不可少的
一个步骤，因为声速的测量可以确定物体的密度和弹性模量，从而为质量控制，分析和研
究提供了依据和指导。
超声光栅的原理主要是利用原理能够将声波转换成光波，然后通过光栅进行测量。
在
测量过程中，超声光栅产生了声波激励信号，并将激励信号发送到液体中以产生反射信号。
反射信号被传送回光栅中，通过测定光栅内的干涉模式，就可以确定传播时间来测量声波
速度。
超声光栅的测量过程必须保持实验室空气的温度和湿度，并且必须高度稳定以确保最
高的测量精度。
为此，超声光栅的测量需要在恒温箱内进行。
此外，校准幅度，时间分辨
率和分辨率的参数是优化测量精度的关键因素。
超声光栅测量的准确度与用于声波产生的激励信号所采用的技术和用于检测反射信号
的光学探测器有关。
准确的超声激励信号可以产生更稳定的声波信号，并且都可以对检测
解像能力产生影响。
此外，检测器的分辨率越高，就可以检测到反射信号中更小的时间
差异，从而提高测量精度。
总的来说，超声光栅技术是测量液体中声速的可靠和精确的方法。
通过使用此技术，
可以获得精度高，重复性好的声速值，这可以应用于工业生产和科学研究中的质量控制测量。
此外，超声光栅测量仪器也可以用于其他应用中的测量，例如测量固体材料的声波
速度等。
超声光栅测量声速实验报告
超声光栅测量声速实验报告一、实验目的1、了解超声光栅产生的原理。
2、学会使用超声光栅测量液体中的声速。
3、掌握分光计的使用方法。
二、实验原理当超声波在液体中传播时，液体的疏密分布会发生周期性变化，从而形成超声光栅。
类似于光学中的光栅，超声光栅可以使入射光发生衍射。
根据光栅衍射方程，衍射条纹的位置与光栅常数、入射光波长以及衍射级数有关。
在超声光栅实验中，光栅常数等于超声波的波长。
超声波在液体中的传播速度 v 与超声波的频率 f 和波长λ 之间的关系为 v ＝fλ。
通过测量衍射条纹的间距和分光计的角度，可计算出超声波的波长，进而求得声速。
三、实验仪器分光计、超声光栅实验仪、钠光灯、测微目镜等。
四、实验步骤1、仪器调节（1）将分光计调节至水平状态，使望远镜、平行光管的光轴与中心转轴垂直。
（2）调节望远镜，使其能够清晰地看到叉丝和反射回来的十字像。
2、超声光栅的产生（1）在超声光栅实验仪的液槽中注入适量的待测液体（如水）。
（2）打开超声光栅电源，调节频率，使液体中产生稳定的超声光栅。
3、观察衍射条纹（1）将钠光灯作为光源，通过平行光管照射液槽中的超声光栅。
（2）在望远镜中观察衍射条纹，并调节测微目镜，使条纹清晰可见。
4、测量衍射条纹间距（1）转动望远镜，测量各级衍射条纹与中央条纹的间距。
（2）为减小误差，对同一级条纹进行多次测量，并取平均值。
5、测量衍射角（1）根据分光计的读数系统，读取各级衍射条纹对应的角度。
（2）同样进行多次测量，求平均值。
6、数据处理与计算（1）根据测量得到的条纹间距和衍射角，利用光栅衍射方程计算超声波的波长。
（2）已知超声波的频率，计算出声速。
五、实验数据及处理以下是实验中测量得到的数据：｜衍射级数|条纹间距（mm）｜衍射角（度）｜｜｜｜｜｜1|＿____|＿____|｜2|＿____|＿____|｜3|＿____|＿____|根据光栅衍射方程dsinθ ＝kλ（其中 d 为光栅常数，θ 为衍射角，k 为衍射级数，λ 为波长），可得波长λ ＝dsinθ ／ k 。
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3 利用超声光栅衍射测量液体中的声速
当平行光沿着垂直于超声波传播方向通过液体时，由于 光速远大于液体的声速，可以认为光波的一波阵面通过 液体的过程中液体中的疏密及其折射率的周期变化情况 没有明显改变，相对稳定。这时，因折射率的周期变化 将使光波通过液体后在原先的波阵面上产生了相应的周 期变化的位相差，（在光栅测波长实验中，是由于平行 光通过光栅后产生了光程差）。在某特定方向上出射光 会相干加强，产生衍射，经过透镜聚焦，即可在焦平面 上观察到衍射条纹。当液槽中传播的超声波被液槽的一 个玻璃面反射，在一定条件下形成超声频率的纵向振动 驻波时，可加剧液体的疏密变化程度，使衍射现象加强。 超声波波长s即相当于光栅常数，根据光栅方程可得
f dk
S
L1
PZT
L2
图2 测液体中的声速实验装置示意图
θ
ssink=k （k=0，±1，±2，……） 式中k为k级衍射光的衍射角，为光波波长。当k角很 小时，可近似有
sink=dk/f
其中dk为衍射光谱上零级至 k级的距离，f为透镜L2的焦 距，而且各级衍射线是等间距分布的。 则超声波波长为
• 压电效应：对某些电介质晶体施加机械应力时，晶体因
ห้องสมุดไป่ตู้
内部正负电荷中心发生相对位移而产生极化，导致晶体两端 面上出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成正比。 这种没有电场作用，由机械应力的作用而使电介质晶体产生 极化并形成晶体表面电荷的现象称为压电效应。当机械应力 由压应力变成拉应力时，电荷符号也改变。
数据记录表格
实验室温度 ——°C
测微目镜衍射条纹位置读数（mm）
级 n
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
1
2
思考题
• 1.为什么超生腔内形成的是纵驻波？ • 2.本实验如何保证平行光束垂直于声波的方向？ • 3.驻波波节之间距离为半个波长，为什么超声 光栅的光栅常数等于超声波的波长？ • 4.实验时可以发现，当超声频率升高时，衍射 条纹间距加大，反之则减小，这是为什么？ • 5.如果液体换为水衍射条纹会如何变化？
s
k kf sin k dk
液槽中传播的超声波的频率fs可由超声光栅仪上的频率计读 出，则超声波在液体中传播的速度为 v =λ
S
fS
由此利用超声波光栅衍射可以测量液体中的声速。
实验步骤
1 、激光从狭缝出射，调整透镜的位置，使屏上成一个清晰 的狭缝的像。 2 、将酒精倒入超声腔内 , 用导线连接压电陶瓷晶片与信号 源，开启信号源，调到合适的频率范围（10MHZ档）。 3、开启超声信号源电源，给压电陶瓷PZT上加震荡电压，从 测微目镜观察衍射条纹，调节频率微调，使电振荡频率与锆酞 酸铅陶瓷片固有频率共振，（选用的压电陶瓷共振频率在 3MHz 左右），这时可从目镜中观察到稳定而清晰的左右各三级左右 的衍射谱线。 4 、用测微目镜测量各级衍射条纹的位置（左右各三级）， 利用逐差法求出谱线平均间距d。 5、记录超声波频率。 6、记录液体温度（粗略认为液体温度与室温相同）。
利用压电体的逆压电效应发生机械振动产 生超声波。压电体在交变电场的作用下发 生周期性的压缩和伸长，当外加交变电场 的频率与压电体的固有频率相同时振幅最 大。这种振动在媒质中传播就得到超声波。
2 超声光栅形成原理
超声波纵波在盛有液体的玻璃槽中传播时，液体被周期性 地压缩与膨胀，其密度会发生周期性的变化，形成疏密波。 稀疏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，因此液体密度的周期变化， 导致其折射率也呈周期变化。若超声行波以平面波的形式 沿X轴正方向传播时，波动方程可描述为
两者叠加得
y y1 y 2 2 Am cos 2 x cos 2 t Ts
s
该式说明叠加的结果形成了驻波：沿x方向各点的振幅为
2 Am cos2 x
s
，是x的函数，随x呈周期性的变化（波长s），
但不随时间变化，位相是时间的函数，但不随空间变化。 某时刻，纵驻波的任一波节两边的质点都涌向这个节点，使 该节点附近成为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏区， 半个周期后，这个节点附近的质点又向两边散开变为稀疏区， 相邻波节处变为密集区。由于驻波的振幅可以达到单一行波 的二倍，加剧了波源和反射面之间液体的疏密变化程度。液 槽内距离等于波长s的任何两点处，液体的密度相同，折射 率也相同。因此，有超声波传播的液体相当于一个位相光栅， 称为“超声光栅”。
t x y Am cos 2 T s s
式中y代表各质点沿x方向偏离平衡位置的位移，Am表示质 点的最大位移量，Ts为超声波的周期，s为超声波的波长。 图一给出了某时刻液体内传播的超声波形（为表示方便， 图中质点沿x方向的位移表示到竖直方向上了）。
反 射 板
电介质晶体置于电场中，电场的作用引起电介质内部正负电 荷中心产生相对位移，而这一位移又导致介质晶体发生形变， 晶体的这种由外加电场产生形变的现象称为逆压电效应也叫 电致伸缩效应。晶体形变的大小与外加电场强度成正比，当 电场反向时，形变也改变符号。
• 电致伸缩效应：与压电效应相反，将具有压电效应的
•实验原理 1 超声波产生原理
反 射 板
图1超声驻波形成示意图
如果超声波被液槽的一个垂直于x轴的平面反射，又会反向 传播，当反射平面距波源为波长四分之一的奇数倍时，入射 波与反射波分别为
t x y1 Am cos2 Ts s
t x y 2 Am cos 2 T s s