德拜-西尔斯效应.PDF

力学 声学 德拜-西尔斯效应 测定超声波在液体中的传播速度 UE107055 08/08 JS 基本原理 1922年，Brillouin 首先预示了光在液体中被超声波衍射的现 象。 1932 ，德拜 （Debye）和西尔斯 （Sears）以及Lucas 和 Biquard 都用实验验证了这个结论。这是由超声波产生的折射系 数的周期变化所引起的。如果光束通过液体时与超声波的方向垂 直，那么这个排列就会担当相位衍射光栅，并依据声速进行传播。 它的光栅常数相当于超声波长，并由此取决于声音在介质中的频 率和声速。如果在很远的距离外观察这个效应，那么可以忽视相 位衍射光栅的移动。 在实验中，垂直定向的发生器将1MHz 至12MHz 之间的超声波 传至待测液体中。单频平行光束在水平方向通过液体，并被相位 衍射光栅衍射。衍射图包括几个位于常规距离内的衍射最大值。 衍射图的 k-th-order 最大值可以在衍射角 αk 处找到，并定 图1: 图示光在液体中被液体中的超声波所产生的相位衍射光栅衍射的现象 义为： （德拜-西尔斯效应）。  （1）tan k L k  S λ: 光波长, λ: 超声波波长L S 因此，超声波波长 λ 可以从衍射最大值之间的间距进行测定。S 此外，根据以下关系式： （2）cf s 可以计算液体中的声速，因为超声波的频率 f 也已知。 图 2: 因超声波在液体中产生的相位光栅而由光的衍射导致的衍射图 1/3 UE107055 3B SCIENTIFIC® 物理实验 所需仪器 示例测量与评价 s =325 cm 1 超声连续波发生器 U100061 1 实验器皿 U10008 表 1:光波长为λL = 652nm (红色激光)的实验数据 1 用于德拜-西尔斯效应的激光二极管，红色 U10007 f/MHz k X2k/cm λS/μm 1 用于德拜-西尔斯效应的激光二极管，绿色 U10009 1 9 2.5 1525.7 1 1个卷尺，2m U10073 2 5 2.8 756.8 1 超声波耦合胶 XP999 装置安装 3 5 4.3 492.8 • 在测试容器中加入蒸馏水，并把其放置在距离投影屏约3米远 4 3 3.5 363.3 的位置。 5 3 4.3 295.7 • 把多频探头垂直安装在测试容器的支架上，并