дифракция (1179638), страница 3
Текст из файла (страница 3)
9. Проволока Пр, перекрестие П и реперная линия Рл в фокальной плоскости объектива O2Рис. 8. Устройство для вертикального перемещения излучателяПараллельный пучок света, дифрагируя на стоячей звуковой волне,образует дифракционную картину в фокальной плоскости F (рис. 7)камерного объектива O2 . Картину можно наблюдать в микроскоп М.Дифракционные полосы ориентированы горизонтально.
Расстояниемежду ними можно измерить с помощью микрометрического винта В.Винт передвигает размещённые на стекле (рис. 9) в плоскости F перекрестие П, тонкую реперную линию Рл и толстую проволоку Пр, котораяиспользуется в методе тёмного поля.12ЗАДАНИЕВ работе предлагается измерить координаты полос, образующихсяпри дифракции света на акустической решётке, а также определить период этой решётки методом тёмного поля.
По результатам измеренийрассчитывается скорость ультразвука в воде. Все измерения ведутся настоячей волне.I. Определение скорости ультразвука по дифракционной картине1. а) Соберите схему согласно рис. 7. Включите осветитель. Максимальнооткройте входную щель.б) Поместив лист бумаги между коллиматором и кюветой, убедитесь,что световое пятно равномерно освещено; затем проверьте освещённостьпятна на выходе из прибора. В случае необходимости отцентрируйте источник света и конденсор (см.
Техническое описание — ТО, «Юстировка», пп. 1 и 2).в) Настройте микроскоп и отсчётное устройство (см. ТО, пп. 3 и 4).Установите рабочую ширину щели 20–30 мкм.2. Получите дифракционную картину (см. ТО, п. 5). Картина видна наиболее чётко, когда в кювете образуется стоячая УЗ-волна.Перемещая излучатель с помощью лимба (рис. 8), оцените по порядку величины длину УЗ-волны как удвоенное расстояние между наиболеечёткими дифракционными картинами. Цена деления лимба — 10 мкм,один оборот — 50 делений.
Максимальное перемещение излучателя —2 мм.3. Определите положения дифракционных полос. Это удобно делать в следующем порядке:а) увидев дифракционную картину, установите частоту генератора наближайшее фиксированное значение (например, 1,2; 1,3 МГц и т.
д. —для удобства отсчёта);б) вращением лимба II (рис. 8) добейтесь наилучшей картины: в полезрения должно быть 8–10 дифракционных полос;в) с помощью перекрестия П и микрометрического винта, установленного на выходе из прибора, определите координату Y (в деленияхвинта) каждой светлой полосы (окулярная шкала микроскопа в этомупражнении не используется). Запишите соответствующую частоту.4.
Повторите измерения п. 3 для трёх–четырёх фиксированных частот, лежащих в одном из диапазонов (см. рис. 2-ТО).5. Для подготовки установки к следующему упражнению, глядя в окуляр,закройте проволочкой (Пр на рис. 9) центральный максимум (изображение щели) и запишите показания винта, перемещающего проволочку.Это облегчит Вам настройку методом тёмного поля.136. Постройте на одном листе графики Y = Y (m) (от −m до +m). Для каждой частоты определите по наклону прямой расстояние между соседними полосами (цена деления микрометрического винта — 4 мкм).
Знаяфокусное расстояние объектива O2 (f = 28 см) и полосу пропусканиякрасного фильтра (λ = 6400 ± 200 Å), рассчитайте длину УЗ-волны Λпо формуле (10). Рассчитайте скорость звука для каждой частоты поформуле (9) и среднюю скорость.7. Оцените погрешность эксперимента. Сравните результат с табличным.II. Определение скорости ультразвука методом тёмного поля8. Для перехода к методу тёмного поля отодвиньте микроскоп от щели иразместите в промежутке между ними дополнительную линзу (рис.
6).Поднимите излучатель над кюветой, опустите в воду квадратную сетку (сторона квадрата — 1 мм) и прижмите её к задней по ходу лучастенке кюветы.Расширьте входную щель, чтобы увеличить освещённость поля зрения микроскопа. Найдите изображение сетки на листе бумаги (в плоскости P ) и убедитесь, что свет попадает на объектив микроскопа.
Передвигая микроскоп вдоль оптической оси, настройтесь на резкое изображениесетки в плоскости P . Центрируя линзу O по высоте и вокруг горизонтальной и вертикальной осей, добейтесь того, чтобы чётко были видныкак горизонтальные, так и вертикальные штрихи сетки.
Закрепите микроскоп.Окулярная шкала микроскопа ориентирована вертикально. Используя как можно большую часть поля зрения микроскопа, зафиксируйтекоординаты совпадающих штрихов окулярной шкалы и сетки.Проведенная калибровка соответствует определённому положениюмикроскопа, поэтому не следует перемещать микроскоп вдоль скамьидо конца эксперимента.Рассчитайте цену малого деления окулярной шкалы в этом эксперименте.9. Для наблюдения акустической решётки установите рабочую ширину щели (20–30 мкм).
Уберите калибровочную сетку из кюветы, опустите тудаизлучатель и, варьируя частоту, постарайтесь увидеть звуковую решётку в микроскоп. Если решётка видна при открытом центральном максимуме, значит, она сложная амплитудно-фазовая. Уменьшая мощностьультразвука, добейтесь исчезновения видимого изображения решётки.10. Закройте нулевой дифракционный максимум проволочкой (см. упр. I,п.
5). Это можно сделать, глядя мимо микроскопа на стекло в фокальной плоскости объектива O2 (рис. 6). При этом проволочка закрываетизображение щели, и поле зрения микроскопа затемняется.1411. Меняя частоту, наблюдайте акустическую решётку. Убедитесь, что приудалении проволочки с главного максимума решётка не видна.12. Определение периода звуковой решётки удобно вести при фиксированных частотах, настраивая чёткую картину перемещением излучателя(см. упр.
I, п. 3).Зафиксируйте с помощью окулярной шкалы микроскопа координатыпервой и последней из хорошо видимых в поле зрения тёмных полос иколичество светлых промежутков между ними.13. Повторите измерения п. 12 для 6–8-ми частот внутри одной из рабочихполос УЗ-излучателя (рис. 2-ТО).14. Закрывая проволочкой последовательно 1-й, 2-й, −1-й, −2-й максимумы,наблюдайте за изменением картины.
Объясните явление.15. Для каждой частоты рассчитайте длину УЗ-волны Λ с учётом удвоениячисла наблюдаемых полос.16. Постройте график Λ = F (1/ν) и определите по наклону прямой скоростьультразвука в воде.Оцените погрешность эксперимента, сравните результаты с теоретическими.Контрольные вопросы1. Покажите, что период акустической решётки совпадает с длиной бегущей ультразвуковой волны как в случае бегущих, так и в случае стоячих волн. Покажите, что формула (8) справедлива для любой периодической решетки, независимо от того, является ли она амплитудной или фазовой.2∗.
Как изменяется во времени интенсивность света в дифракционных максимумах разного порядка при дифракции света на бегущих и на стоячих ультразвуковых волнах?3∗. В чём отличие метода тёмного поля от метода фазового контраста?4∗. Сформулируйте экспериментальный критерий того, что акустическая решёткаявляется чисто фазовой.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Ландсберг Г.С.
Оптика. — М.: Наука, 1976. Гл. X, § 56.2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. — Т. IV. Оптика. — М.: Наука, 1980. Гл.IV, § 59.3. Козел С.М., Локшин Г.З., Листвин В.Н. Введение в когерентную оптику иголографию. Учебно-методическое пособие. — М.: МФТИ, 2001.4. Кингсеп А.С., Локшин Г.Р., Ольхов О.А. Основы Физики. — Т. I.
Механика,электричество и магнетизм, колебания и волны, волновая оптика. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. § 8.8.15НЕКОТОРЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ1. ЮСТИРО́ВКА (лат. justus — правильный) — настройка системы:центрирование оптических элементов для получения высокого качестваизображения.2. И́РИСОВАЯ (греч. iris — радуга) диафрагма — приспособлениедля регулирования освещённости объекта; состоит из заходящих друг задруга тонких серповидных пластинок, образующих круглое отверстие.(Сравните «ирис» в медицине — радужная оболочка глаза.)3. КОНДЕ́НСОР (лат.
condencare — сгущать) — линза или системалинз, используемая для освещения объекта. (Сравните «конденсатор» вэлектричестве — накопитель зарядов.)4. КОЛЛИМА́ТОР (collimare — искажённое лат. collineare — направлять по прямой линии) — оптическое устройство для получения пучкапараллельных лучей. (Сравните «коллинеарный» в математике.)5.
КА́МЕРА (лат. camera — свод, комната) — часть прибора, где получается изображение. (Иногда так называют весь прибор: «кино-, фотокамера».)6. ТА́УТОХРОНИ́ЗМ (лат. tautos — тот же самый, chronos — время) — свойство линз, заключающееся в том, что все лучи, выходящие изодной точки-предмета, после прохождения линзы придут в точку-изображение за одно время, т.е. линза не вносит дополнительной разностифаз между лучами, проходящими через разные участки линзы.16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
