дифракция (1179638), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Попробуем теперь получить видимое изображение фазовой акустической решётки. Для этого прежде всего необходимо получить в поле зрения микроскопа изображение задней плоскости (считая по ходу световых лучей)кюветы. Это достигается с помощью вспомогательной положительнойлинзы O, которую располагают на оптической скамье за фокальной плоскостью объектива O2 (рис. 6).Сравнение векторных диаграмм фазовой и амплитудной решёток(см. рис.
3) показывает, что при изменении фазы колебаний в центральном дифракционном максимуме на ±π/2 фазовую структуру можно сделать видимой. Такой метод наблюдения носит название метода фазовогоконтраста.В настоящей работе используется другой способ получения видимогоизображения решётки — метод тёмного поля, основанный на устранении центрального дифракционного максимума с помощью специальногоэкрана. Результирующее колебание на векторной диаграмме представляется при этом суммой только двух векторов E1 и E−1 .
Как следует изрис. 3а, амплитуда результирующего колебания при этом максимальнапри углах поворота векторов γ1 = γ−1 = 0, π и равна нулю при углахγ1 = γ−1 = π/2, 3π/2. В поле зрения микроскопа наблюдаются чередующиеся светлые и тёмные полосы, причём расстояние между темнымиполосами соответствует смещению в плоскости кюветы на Λ/2. Такимобразом, наблюдается характерное для метода тёмного поля удвоениечисла деталей рассматриваемой структуры.Этот опыт можно проводить только со стоячими волнами, т.к.
в случае бегущей волны визуальное наблюдение оказывается невозможным:глаз не успевает следить за быстро перемещающейся волной.А.Установка с вертикальной щельюЗАДАНИЕРис. 6. Наблюдение акустической решетки методом темного поляПеремещая микроскоп вдоль оптической скамьи, фокусируют его наплоскость P , где расположено чёткое изображение a0 b0 какого-либо предмета ab, вплотную прижатого к стенке кюветы. Можно ли теперь увидеть в микроскоп УЗ-волну?В силу таутохронизма линзы O2 и O изображают кювету в плоскости P , не нарушая фазовых соотношений между колебаниями, изображаемыми на диаграмме векторами E0 , E1 и E1 (и векторами высшихпорядков, если они есть в картине).
Диаграмма рис. 3 применима поэтому и к плоскости P . Освещённость отдельных точек этой плоскости,пропорциональная квадрату амплитуды результирующего светового колебания E, в первом приближении не зависит от координаты x. Акустическая решётка оказывается, следовательно, невидимой, если, конечно,выполнено условие (6), при котором решётка является чисто фазовой.8В работе предлагается измерить координаты дифракционных полос,образующихся при дифракции света на акустической решётке, а такжеопределить период этой решётки методом тёмного поля.
По результатамизмерений рассчитывается скорость ультразвука в воде. Все измеренияведутся на стоячей волне.I. Определение скорости ультразвука по дифракционной картине1. Соберите схему согласно рис. 5. Для получения параллельного пучкаустановите щель S на фокусном расстоянии от главной плоскости объектива O1 (положение главной плоскости и фокусное расстояние объектива указаны на установке).2.
Ярко осветите щель с помощью конденсора. Предварительную настройку можно вести с зелёным фильтром.С помощью листа бумаги найдите резкое изображение щели S в фокальной плоскости F объектива O2 . Перемещая микроскоп вдоль оптической скамьи, сфокусируйте его на резкое изображение щели. Предметная плоскость микроскопа расположена на расстоянии 2–4 см от егообъектива.93.4.5.6.7.8.9.10.11.Если окулярная шкала видна нерезко, следует вынуть окуляр из тубуса и, направив на любой освещённый объект, вращением глазной линзыподстроить его под свой глаз. Вернув окуляр на место, снова найдитерезкое изображение щели.Включите генератор УЗ-частоты и частотомер.
Плавно изменяя частотугенератора в диапазоне 1–1,5 МГц, получите в поле зрения микроскопасистему дифракционных полос.Замените широкополосный зелёный фильтр красным. Изменяя ширину щели S, её наклон и положение конденсора, добейтесь оптимальныхусловий наблюдения дифракционных полос.Проследите, как изменяется число дифракционных полос при изменениимощности ультразвука.Найдите чёткую дифракционную картину и, перемещая излучатель с помощью микрометрического винта, оцените по порядку величины длинуУЗ-волны как удвоенное расстояние между наиболее чёткими дифракционными картинами.Измерьте положения xm шести-восьми дифракционных максимумовс помощью поперечного микрометрического винта микроскопа. Одиноборот винта (100 дел.) соответствует перемещению в 1 мм.Не рекомендуется использовать для этих измерений окулярную шкалу, т.к.
цена деления её неизвестна, а калибровка шкалы с помощьювинта поперечного смещения микроскопа даёт большую погрешность.Определите рабочую частоту по показаниям частотомера.Повторите измерения п. 7 для 3–4-х частот в одном из диапазонов: вблизи одного, 4-х или 6-ти МГц. Отключите сигнал генератора, не выключая его из сети.Запишите фокусное расстояние объектива O2 и полосу пропускания светофильтра, указанные на установке.Для каждой частоты постройте график зависимости координаты xm отпорядка m и по наклону прямой определите расстояние между соседними полосами lm /m = ∆xm /∆m. Рассчитайте длину Λ УЗ-волны поформуле (10).Рассчитайте скорость ультразвука в воде по формуле (9).
Оцените погрешность эксперимента и сравните результат с табличным.II. Определение скорости ультразвука методом тёмного поля12. Для перехода к методу тёмного поля (рис. 6), не смещая микроскоп,поставьте рейтер с вертикальной нитью в фокальной плоскости F объектива O2 и, перемещая рейтер вдоль оптической скамьи, найдите резкоеизображение нити.
Оно должно совпадать с резким изображением щели.1013.14.15.16.17.18.19.Не смещая рейтер с нитью, отодвиньте микроскоп и поставьте дополнительную линзу между нитью и микроскопом.К задней (по ходу луча) стенке кюветы прижмите стеклянную пластинку с миллиметровыми делениями. Откройте пошире входную щель. С помощью листа бумаги найдите плоскость, в которой располагается резкое изображение линейки, созданное двумя линзами.
Передвигая микроскоп, сфокусируйте его на изображение пластинки.Определите цену деления окулярной шкалы в условиях опыта. Для этогосовместите самые дальние из хорошо видимых в поле зрения миллиметровых делений пластинки с делениями окулярной шкалы и запишитеколичество тех и других делений.Вместо калибровки окулярной шкалы можно найти соответствиемежду делениями поперечного микрометрического винта и линейки вкювете.Проведенная калибровка соответствует определённому положениюмикроскопа, поэтому не следует перемещать микроскоп вдоль скамьидо конца эксперимента.Уберите пластинку из кюветы и уменьшите ширину входной щели.Включите генератор и попытайтесь увидеть звуковую решётку.
Еслирешётка видна без применения метода тёмного поля (при открытомнулевом максимуме), значит она не чисто фазовая, а сложная амплитудно-фазовая. В этом случае приведенная выше теория плохо применима. Уменьшая мощность излучателя, добейтесь исчезновения видимогоизображения решётки в поле зрения микроскопа.Закройте центральный дифракционный максимум вертикальной нитью.Удобно устанавливать нить в отсутствие УЗ-сигнала. В этом случае нетникаких максимумов, кроме нулевого (изображения щели), так что правильно установленная нить должна полностью затемнять поле зрения(отсюда название метод тёмного поля).Включите генератор и найдите изображение акустической решётки.Измерьте длину УЗ-волны в воде. Для этого с помощью окулярной шкалы (или микрометрического винта) измерьте расстояние между самымидальними из хорошо видимых в поле зрения тёмных (или светлых) полоси просчитайте число промежутков между ними.В заключение работы проделайте качественные эксперименты.
Перемещая нить, закрывайте последовательно максимумы первого, второго ит.д. порядков и наблюдайте за изменениями картины звукового поля.Убрав нить, постепенно закрывайте дифракционные максимумы с помощью края экрана (лезвия бритвы).Объясните изменения в картине звукового поля.1120. Рассчитайте длину УЗ-волны Λ с учётом удвоения числа деталей, наблюдаемых методом тёмного поля. Определите скорость ультразвука вводе и оцените погрешность эксперимента.Б. Установка с горизонтальной щельюИсточник света Л (рис.
7) с помощью конденсора К проецируетсяна входную (коллиматорную) щель S. Входная щель ориентирована горизонтально и прикрыта красным светофильтром Ф. Коллиматорныйобъектив О1 посылает параллельный пучок на кювету с водой C.КФSO1O2QЛBψmM*q f -C f FРис. 7. Схема для наблюдения дифракции на акустическойрешеткеИзлучатель Q, погруженный в кювету, создаёт УЗ-волну. Вертикальное перемещение излучателя осуществляется винтом I (рис. 8), тонкаяподача — лимбом II. При определённых положениях излучателя волнастановится стоячей.ПрI- dПII -РлРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
