光栅衍射与超声光栅实验报告

超声光栅 实验报告

一、实验目的与实验仪器

1.实验目的

（1）了解超声光栅的原理和使用；

（2）利用超声光栅声速仪测量超声波在水中的传播速度。

2.实验仪器

GSG—1 型超声光栅声速仪、超声发生器（工作频率9~13MHz）、换能器、液槽、JJY-1’型分光仪（物镜焦距f = 168mm）、测微目镜（测微范围8mm）、放大镜、待测液及光源（钠灯或汞灯）等。

二、实验原理

介质受到超声波周期性的扰动，其折射率也将发生变化，此时光通过这种介质，就像透过投射光栅一样，这种现象称为超声致光衍射，把这种载有超声波的透明介质称为超声光栅。利用超声光栅可以计算超声波在透明介质中的速度。

设超声波在液体中以平面波形式沿x方向，在x方向液体中波的形式如下：

y1 = Amcos[2π·( )]

式中，y1为偏离平衡位置的位移量；Am为振幅，Ts为超声波周期，λs为超声波波长。

若在垂直x方向有一反射平面，则超声波被平面反射后沿x反方向传播，有如下方程：

y2 = Amcos[2π·( )]

当正反两方向的平面波叠加形成驻波时，平衡位置的偏移量为

y = y1+y2 = 2Amcos2πcos2π

超声波形成驻波

光栅衍射实验报告

4.10光栅的衍射

【实验目的】

(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;

(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法; (3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。

【实验原理】

衍射光栅简称光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，通常分为透射光栅和平面反射光栅。透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多平行线。实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的，一般每毫米约250~600条线。由于光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分光元件，用来测定谱线波长、研究光谱的结构和强度等。另外，光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。 1．测定光栅常数和光波波长

光栅上的刻痕起着不透光的作用，当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。 如图1所示，设光栅常数d=AB的光栅G，有一束平行光与光栅的法线成i角的方向，入射到光栅上产生衍射。从B点作BC垂直于

南昌大学物理实验报告

课程名称： 大学物理实验

实验名称： 超声光栅

学院： 专业班级：

学生姓名： 学号：

实验地点： 座位号：

实验时间：

一、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 二、实验原理： 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的变化，促使液体的折射率也相应的作周期性的变化，形成疏密波。此时，如有平行单色光沿垂直于超声波传播方向通过这疏密相同的液体时，就会被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声光栅。 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

光栅衍射实验报告

4.10光栅的衍射

【实验目的】

(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;

(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法; (3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。

【实验原理】

衍射光栅简称光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，通常分为透射光栅和平面反射光栅。透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多平行线。实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的，一般每毫米约250~600条线。由于光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分光元件，用来测定谱线波长、研究光谱的结构和强度等。另外，光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。 1．测定光栅常数和光波波长

光栅上的刻痕起着不透光的作用，当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。 如图1所示，设光栅常数d=AB的光栅G，有一束平行光与光栅的法线成i角的方向，入射到光栅上产生衍射。从B点作BC垂直于

实验设计说明书

题目：利用超声光栅测液体中的声速

院部：理工科基础教学部

专业班级： 物理学（创新实验班）1班 学生姓名：某某某 学 号：41106XXX

实验日期： 2013年5月21日

超声光栅测液体中的声速

人耳能听到的声波，其频率在16Hz到20kHz范围内。超过20Hz的机械波称为超声波。光通过受超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。

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。 正文：

光声效应的发现无

用光栅测量光波波长

光栅是在一块透明板上刻有大量平行刻痕的光学元件，在每条刻痕处，光会向各个

方向散射，光只能从刻痕间狭缝中通过。因此，可以把光栅看成一组数目很多、排列紧密、均匀而又平行的狭缝，这种根据多缝衍射原理制成的衍射光栅，能产生间距较宽的匀排光谱，从而将复色光分解成光谱，是一种重要的分光元件，可广泛应用于物质光谱分析、计量、光通讯信息处理等方面。光栅产生的谱线亮度虽比棱镜光谱要小，但谱线间距较宽，因此，它的分辨本领比棱镜高。光栅分为投射式和反射式两类，在结构上又分为平面光栅、阶梯光栅和凹面光栅几种。本实验用的是透射式平面全息光栅。 一、 实验目的

1. 2.

进一步熟悉分光计的调整和使用 观察光栅衍射光谱，测量汞灯谱线波长。

二、 仪器用具

分光计、光栅、汞灯、平行平面镜。 三、实验原理

当一束平行光照射在光栅上时，光栅中每条狭缝都将产生衍射，透过各个狭缝的光波间还要发生干涉，所以光栅衍射条纹是两者效果的总和。当一束平行光与光栅法线i入射于光栅平面上时产生衍射，如图2-112所示。设衍射光线与光栅表面法线所夹的衍射角为θ，该方向上的平行衍射光线用透镜会聚起来，当相互干涉使光振动加强时，则在F点产生一亮线，其光程差必等于入射波长λ的整数

用光栅测量光波波长

光栅是在一块透明板上刻有大量平行刻痕的光学元件，在每条刻痕处，光会向各个

方向散射，光只能从刻痕间狭缝中通过。因此，可以把光栅看成一组数目很多、排列紧密、均匀而又平行的狭缝，这种根据多缝衍射原理制成的衍射光栅，能产生间距较宽的匀排光谱，从而将复色光分解成光谱，是一种重要的分光元件，可广泛应用于物质光谱分析、计量、光通讯信息处理等方面。光栅产生的谱线亮度虽比棱镜光谱要小，但谱线间距较宽，因此，它的分辨本领比棱镜高。光栅分为投射式和反射式两类，在结构上又分为平面光栅、阶梯光栅和凹面光栅几种。本实验用的是透射式平面全息光栅。 一、 实验目的

1. 2.

进一步熟悉分光计的调整和使用 观察光栅衍射光谱，测量汞灯谱线波长。

二、 仪器用具

分光计、光栅、汞灯、平行平面镜。 三、实验原理

当一束平行光照射在光栅上时，光栅中每条狭缝都将产生衍射，透过各个狭缝的光波间还要发生干涉，所以光栅衍射条纹是两者效果的总和。当一束平行光与光栅法线i入射于光栅平面上时产生衍射，如图2-112所示。设衍射光线与光栅表面法线所夹的衍射角为θ，该方向上的平行衍射光线用透镜会聚起来，当相互干涉使光振动加强时，则在F点产生一亮线，其光程差必等于入射波长λ的整数

大学物理实验报告系列之衍射光栅,大学物理实验报告,包括数据及数据处理。衍射光栅性质的研究等等,缺少什么给我说,我这都有。

大学物理实验报告

大学物理实验报告系列之衍射光栅,大学物理实验报告,包括数据及数据处理。衍射光栅性质的研究等等,缺少什么给我说,我这都有。

4.光栅常数与汞灯特征谱线波长的测量 根据方程(40-1)式可知，若已知入射光在某一级某一条光谱线的波长值，并测出该 谱线的衍射角 ,就可以求出所用光栅的光栅常数 d。反之，若已知所用光栅的光栅 常数，则可由(40-1)式测出光源发射的各特征谱线的波长。 角的测

量可由分光 计进行。

由公式

65 28 '

65 26 '

65 17 '

65 42 '

65 44 '

65 45 '

1 S 2 S1 S ' 2 S '1 分别求出 ,填入表格中。 4

由公式 d sin k 求得

【实验内容】d1 光栅常数与光波波长的测量 (1)以绿色光谱线的波长 = 546.07nm 为已知。测出其第一级(k = 1)光谱的衍 射角 。 为了消除分光计的偏心差， 应同时读出分光计左、 右两游标的读数。 k = +1 对 时，记下 S1、S2;对 k = -1 时，记下 S1′、S

测量光栅常数

得分

教师签名

批改日期

一,实验设计方案

1,实验目的1.1,了解光栅的分光特性; 1.2,掌握什么是光栅常数以及求光栅常数的基本原理与公式; 1.3,掌握一种测量光栅常数的方法.

2,实验原理2.1,测量光栅常数 光栅是由许多等宽度a(透光部分) ,等间距b(不透光部分)的平行缝组成 的一种分光元件.当波长为λ的单色光垂直照射在光栅面上时,则透过各狭缝的 光线因衍射将向各方向传播,经透镜会聚后相互干涉,并在透镜焦平面上形成一 系列间距不同的明条纹.根据夫琅和费衍射理论,衍射光谱中明条纹的位置由下 式决定: (a+b)sinφk=kλ(k=0,±1,±2,…) (2.1.1)

式中a+b=d称为光栅常数,k为光谱级数,φk为第k级谱线的衍射角.见图2.1.2, k=0对应于φ=0, 称为中央明条纹, 其它级数的谱线对称分布在零级谱线的两侧. 如果入射光不是单色光,则由式(2.1.1)可知,λ不同,φk也各不相同, 于是将复色光分解.而在中央k=0,φk=0处,各色光仍然重叠在一起,组成中 央明条纹.在中央明条纹两侧对称地分布k=1,2,…级光谱线,各级谱线都按波 长由小到大,依次排列成一组彩色谱线,如图2.1.2所示.

中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级：应用物理学09-2班 姓名：王国强 同组者：庄显丽 教师： 实验4-1 超声光栅与透明液体中声速的测量

【实验目的】

1、观察并体会液体中超声光栅衍射现象

2、学习一种测定透明液体中的声速的方法 3、了解产生超声波的方法 【实验原理】

超声波在液体中以纵波的形式传播，在波前进的路径上，液体被周期压缩与膨胀，其密度产生周期性的变化，形成所谓疏密波。因为液体对光的折射率与液体的密度有关系，所以随着液体密度周期性地变化，其折射率也在周期地变化。如图（4-1-1）所示。

液体中折射率周期性变化的区域起到了与光学上平面光栅相类似的作用，当入射光线和超声波前进方向互相垂直时，发生衍射，这种衍射即为喇曼-奈斯衍射。习惯上，我们常把透明液体（或固体）

中由于超声波使折射率周期性地变化的现象称为超声光栅。所对应的光栅常

数，即为两个相邻疏密部分之间的距离，由图（4-1-1）可见，就是超声波的波长Λ。

由光学理论，一波长为λ的平面光垂直通过光栅常数为d 的光栅时，其第k级亮条纹的衍射角图4-1-1 超声驻波?k满足关系式

dsin?k??k?