![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Описание экспериментальной установки
Оптическая схема установки представлена на рис.1.
Источник света S освещает щель G, расположенную в фокальной плоскости F1 объектива коллиматора, в результате чего на выходе линзы Л1 формируется параллельный пучок света. Световой пучок пронизывает прозрачную кювету К с водой, в которой распространяются плоские ультразвуковые волны в направлении, перпендикулярном распространению света. Объектив зрительной трубы Л2 фокусирует пучок на фокальную плоскость F2. На эту плоскость также сфокусирована линза Л3, позволяющая визуально рассмотреть увеличенное изображение щели. В отсутствии ультразвука в фокусе объектива Л2 наблюдается четкое изображение щели S на оптической оси S-S0 системы. При включении ультразвукового поля вследствие дифракции света на ультразвуке световые лучи, покинув кювету, будут распространяться под разными углами. В результате изображение щели в фокальной плоскости F2 распадается на систему дифракционных полос, образуя линии 1-го, 2-го и т.д. порядков дифракции. Эти линии будут наблюдаться под различными углами j k, для которых справедливо соотношение (72.8). Окуляр-микрометр, содержащий лупу Л3, позволяет измерять положение дифракционных полос X kl, где k - порядок дифракционного максимума (k =0, 1, 2 и т.д.), l - длина световой волны данной линии. Если измерить положение линии X kl и положение линии нулевого порядка X 0, то вследствие малости угла j k можно записать sinj k = tgj k =(X kl - X 0)/ F (2) где F - фокусное расстояние объектива Л2, тогда L (X kl - X 0)/ F = k l. (3) Неизвестная величина F исключается следующим образом. Выключив ультразвуковое поле, в плоскости выхода света из кюветы устанавливают оптическую дифракционную решетку с известной постоянной D, и наблюдают в плоскости F2 вызванную ею дифракционную картину. Для углов дифракции справедливо соотношение (71.4) Ввиду малости углов дифракции его можно заменить соотношением D (Yk l - Y 0)/ F = k l. (4) где Yk l - положение дифракционной полосы k-го порядка с длиной волны l для оптической дифракционной решетки с периодом D, Y 0 - положение щели (максимум нулевого порядка). Выражая из (4) фокусное расстояние F и подставляя его значение в (3), получаем L (X kl - X 0) / k =D (Yk l - Y 0) / k, откуда легко выразить интересующую нас величину L. Переменные величины Yk l и X kl связаны между собой линейной зависимостью:
причем a = L/ D, откуда L= a D. (6) Отметим, что использование дифракционной решетки с известным периодом позволяет исключить из окончательной формулы величину l - длину волны определенной линии ртутного спектра. Общая схема установки приведена на рис.2.
В качестве источника света S используется ртутно-кварцевая лампа ПРК-4 с характерным для ртути линейчатым спектром. Длины волн l видимых линий ртутного спектра приведены в следующей таблице.
Источником ультразвука служат колебания пьезокварцевой пластинки, помещенной между электродами ультразвукового генератора Г. Одним из электродов служит слой фольги между кюветой и пьезокварцем, другим - латунный диск. Пластинка вместе с электродами плотно прижата ко дну кюветы. Для обеспечения хорошего акустического контакта дно кюветы, фольга и пьезокварц приклеены друг к другу слоем масла. Трогать кювету запрещается! Дифракционная решетка Р вставляется в специальный держатель на предметном столике. Регулировка оптической системы линз Л1, Л2 и Л3 осуществляется кремальерами Кр1, Кр2 и Кр3. Окуляр-микрометр Л3 позволяет измерить положение дифракционных полос с точностью до 0, 01 мм. Генератор Г настроен на резонансную частоту пьезокварца, измеряемую цифровым частотомером Ч в килогерцах. ПРИМЕЧАНИЕ. Так как для получения ультразвука используется пьезокварцевая пластинка диаметром около 2, 5 мм, а длина ультразвуковых волн в воде составляет величину порядка миллиметра, то можно считать с достаточной точностью, что распространяющиеся в воде волны будут плоскими. ВНИМАНИЕ! Настройка приборов производится специалистом.
|