波波长为
Λ=kλ/sinθk=kλf/ dk=λf/Δd 其中Δd为相邻条纹间距。
液槽中传播的超声波的频率υs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=Λυs=λfυs/Δd 因此,利用超声光栅衍射可以测量液体中的声速。
二、 实验内容
实验仪器:分光计、超声光栅仪、玻璃液槽、高压汞灯、测微目镜、待测液体(水)。 实验步骤:
1、 分光计的调节
1) 用自准法调节望远镜聚焦于无穷远。
① 目镜视度的调节。点亮目镜照明小灯,转动目镜视度调节手轮,使从目镜中清晰地看到分划板上的黑十字叉丝。
② 将平面镜轻轻贴近望远镜镜筒,使平面镜与望远镜基本主轴垂直,前后移动分划板套筒,直至从目镜视场中观察到反射回的绿十字叉丝像清晰,且绿十字叉丝像与分划板上的叉丝间无视差,则望远镜聚焦
于无穷远。
2) 调节望远镜主轴垂直于载物台转轴
① 将平面镜如图置于载物台上,转动载物台,使镜面与望远镜主轴大致垂直,从目镜中观察由平面镜反射回的绿十字像。一般由于置于载物台上的平面镜与望远镜不能互相垂直,所以不能一下子观察到反射绿十字像。轻轻转动载物台,使镜面旋转一个小角度,从望远镜外侧用眼睛观察从平面镜反射回的绿十字像,适当调节望远镜和载物台的倾斜度,直到转动载物台时,从目镜中能观察到反射回的绿十字像。
② 通常,绿十字像水平线和分划板调整叉丝水平线不重合,可采用1/2调节法来调节。调节望远镜的水平调节螺丝,使两者水平线的差距减少一半;调节载物台下的调节螺丝a或b,使两者水平线重合。 ③ 将载物台旋转180°,重复步骤②。这样反复进行调节,直到平面镜的任何一面正对望远镜时,绿十字像与分划板调整叉丝两者水平线都重合,说明望远镜主轴与平面镜的两个面都垂直。
④ 将平面镜转过60°,转动载物台,使平面镜某一面正对望远镜,从中找出绿十字像,然后单独调节载物台下水平调节螺丝c,使平面镜反射回来的绿十
字像与分划板调整叉丝水平线重合,则载物台平面法线基本上与分光计转轴重合。
3) 调节分划板上十字叉丝水平与垂直。转动载物台,从目镜中观察绿十字像是否沿叉丝水平线平行移动,若不平行,则可转动分划板套筒使其平行(注意不要破坏望远镜的调焦)。
至此,望远镜已调节好可作为基准进行其它调节。 4) 调节准直管发出平行光且准直管主轴与转轴垂直。 ① 将已点亮的汞灯置于狭缝前,转动望远镜,从目镜中观察到狭缝的像,前后移动狭缝套筒,改变狭缝与望远镜物镜之间的距离,使狭缝像最清晰,此时准直管发出平行光。
② 调节准直管水平调节螺丝,使狭缝像被叉丝第二条水平线平分,则准直管与望远镜共轴,即准直管主轴与转轴垂直。
至此,分光计调节完毕,固定载物台。 2、 衍射条纹调节
1) 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,调节载物台水平调节螺丝,使反射回的绿十字像与分划板调整叉丝水平线重合,确保光路与液槽内超声波传播方向垂直。
2) 调节准直管套筒,使狭缝像与分划板调整叉丝竖线重合。调节高频功率信号源的频率,使可以观察到±3级衍射条纹,调节狭缝宽度调节螺丝使衍射条纹最细,固定望远镜。
3) 将望远镜目镜换成测微目镜,前后移动测微目镜使衍射条纹最清晰,旋转测微目镜,使目镜视场中分划板标尺与衍射条纹平行,固定测微目镜。
3、 相邻条纹间距的测量
1) 将测微目镜分划板标尺移至-3级紫光衍射条纹左侧,单向移动标尺,逐次测出-3、-2、-1、0、1、2、3级条纹位置Xk1,再反向进行测量(共3次)。 2) 重复1)操作,分别对绿光、黄光进行测量。 3) 利用逐差法,计算出相邻条纹间距ΔL。 4、 声速的计算:V=Λυs=λfυs/ΔL 5、
环境条件 k级条纹位置L/mm -3 -2 -1 1 2 3 相邻条纹间距 ΔL/mm 温度 实验数据 24℃ 紫光 湿度 46% 绿光 λ=546.