Дифракция ультразвука на щели
Интерферограмма ультразвуковых волн, преломленных на одинарной щели. Разработка графика распределения интенсивности с помощью встроенного графического редактора. Анализ интерферограммы, определение длины ультразвуковой волны, коэффициент Стьюдента.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.09.2015 |
| Размер файла | 216,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Дифракция ультразвука на щели
Оборудование: гониометр с отражающим зеркалом, ультразвуковая установка, источники питания для гониометра и ультразвуковой установки, ультразвуковой передатчик на станине, ультразвуковой приемник на станине, одинарная щель, ПК.
Цель работы: определить длину ультразвуковой волны.
Краткая теория
Пусть плоская монохроматическая волна падает нормально плоскости узкой щели шириной b (Рисунок 1).
Рисунок 1 - Схема дифракции на щели
Разность хода между крайними волнами, идущими от щели в произвольном направлении ц
Д=ВС=bsinц. (1)
Разобьем открытую часть волновой поверхности в плоскости щели AB на зоны, имеющие вид полос, параллельных ребру AС щели. Ширина каждой зоны выбирается так, чтобы разность хода от краев этих зон была равна л/2, т.е. всего на ширине щели уместится Д:л/2 зон. Если волна на щель падает нормально, то плоскость щели совпадает с волновым фронтом; следовательно, все точки волнового фронта в плоскости щели будут колебаться в одинаковой фазе. Амплитуды вторичных волн в плоскости щели будут равны, так как выбранные зоны имеют одинаковые площади и одинаково наклонены к направлению наблюдения.
Из выражения (1) вытекает, что число зон, укладывающихся на ширине щели, зависит от угла ц. От числа зон, в свою очередь, зависит результат наложения всех вторичных волн. Из приведенного построения следует, что при интерференции волн от каждой пары соседних зон амплитуда результирующих колебаний равна нулю, так как колебания от каждой пары соседних зон взаимно гасят друг друга. Следовательно, если число зон четное, то
bsinц = ±2mл/2 (m = 1,2,3,…) (2)
и наблюдается дифракционный минимум, если же число зон нечетное, то
bsinц = ±(2m + 1)л/2 (m = 1,2,3,…) (3)
и наблюдается дифракционный максимум, соответствующий действию одной нескомпенсированной зоны. Отметим, что в направлении ц=0 щель действует как одна зона, и в этом направлении волна распространяется с наибольшей интенсивностью и наблюдается центральный дифракционный максимум.
Из условий (2) и (3) можно найти направления, в которых амплитуда (а следовательно, и интенсивность) равна нулю (sinцmin = ±mл/b) или максимальна (sinцmax =±(2m + 1)л/(2b)). Распределение интенсивности, получаемое вследствие дифракции (дифракционный спектр), приведено на Рисунке 2 и Рисунке 3.
Рисунок 2 - Интерферограмма ультразвуковых волн, преломленных на одинарной щели шириной 6см.
Рисунок 3 - Интерферограмма ультразвуковых волн, преломленных на одинарной щели шириной 4см.
Описание установки
Плоская ультразвуковая волна преломляется в системе одинарной щели разной ширины и в системах двойных различных щелей. Интенсивность преломленных и отраженных волн автоматически записывается приводным детектором ультразвука и ПК.
Рисунок 4 - Экспериментальная установка
интерферограмма ультразвуковой волна стьюдент
1. Подсоедините передатчик к диодному разъему TR1 ультразвуковой установки и выберите режим непрерывной работы «Con». Подключите приемник в левый разъем типа BNC (перед усилителем). Затем при помощи BNC-кабеля соедините аналоговый выход ультразвуковой установки и вход устройства управления (соблюдайте полярность переходника), а устройство управления - с ПК при помощи информационного стандартного кабеля RS 232.
2. Соедините разъем, находящийся под пластиной гониометра с устройством управления. Нажмите кнопку «Cal» на устройстве управления (чтобы разблокировать привод) и установите вращающееся плечо на 0є. После этого отожмите кнопку «Cal».
3. Выберите пункт меню «Goniometer» («Гониометр»). Установите опцию «Показывать диаграмму». При помощи программного обеспечения выберите диапазон вращения приемника ± 50є.
4. Для сохранения пропорциональности между входным сигналом приемника и сигналом на его аналоговом выходе не рекомендуется, чтобы усилитель ультразвуковой установки работал в области насыщения. Если это произошло, и загорелся диод «OVL», уменьшите амплитуду передатчика или входное усиление приемника. В данном случае рекомендуется установить усиление в нулевое положение приемника во избежание повторного загорания диода «OVL» .
Замечание
Из-за помех в поле измерения может возникнуть ошибочная модуляция по яркости. Для снижения помех не рекомендуется проводить эксперименты в слишком узких помещениях или вблизи отражающих поверхностей (стен, шкафов и т.д.). По возможности установите измерительные приборы и источники тока за зеркалом. Не находитесь вблизи поля измерения при проведении эксперимента.
Ход работы и обработка результатов измерений
1. По заданию преподавателя установить ширину щели b1 и записать для нее интерферограмму.
2. С помощью встроенного графического редактора сгладить полученный график распределения интенсивности.
3. Провести анализ интерферограммы и перенести полученные результаты в журнал наблюдений.
4. Используя формулу (3) (либо формулу (2))определить длину ультразвуковой волны.
5. Определить отношение интенсивностей максимумов m-го порядка Im к интенсивности центрального максимума I0.
6. Повторить п. 1-5 для щели шириной b2.
7. Определить отношение интенсивностей центральных максимумов для щелей шириной b1 и b2.
8. Определить лср.
9. Определить абсолютную погрешность по формуле
,
где - коэффициент Стьюдента, б - уровень значимости, - число степеней свободы, - число измерений.
10. Результат представить в виде
л=(лср ± Дл) мм.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение дифракции волн.
2. Почему повседневно дифракция звука более очевидна чем дифракция света?
3. Почему дифракция не наблюдается на больших отверстиях?
4. Найдите направления на точки экрана в случае дифракции на щели, в которых интенсивность максимальна и минимальна.
5. Какова предельная ширина щели, при которой еще будут наблюдаться минимумы интенсивности?
6. Как влияет на дифракционную картину увеличение ширины щели?
Рекомендуемая литература
1. И.Е. Иродов. Волновые процессы. Основные законы. М.-С-Пб.: БИНОМ- Лаборатория знаний, 2009.
2. Курс физики. Учебник для вузов/под. ред. проф. В.Н. Лозовского. СПб: Лань, 2009. Т.2
3. И.В. Савельев. Курс общей физики. Том 3. Оптика. C-Пб.-М.-Краснодар: ЛАНЬ, 2008.
4. Курс физики. Учебник для вузов/под. ред. проф. В.Н. Лозовского. СПб: Лань, 2009. Т.2
5. Т.И. Трофимова. Краткий курс физики. Учебное пособие для вузов. М: КноРус, 2010.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие дифракции световых волн. Распределение интенсивности света в дифракционной картине при освещении щели параллельным пучком монохроматического света. Дифракционная решетка, принцип Гюйгенса - Френеля, метод зон. Дифракция Фраунгофера одной щели.
реферат [43,7 K], добавлен 07.09.2010Интерференция и дифракция волн на поверхности жидкости. Интерференция двух линейных волн, круговой волны в жидкости с её отражением от стенки. Отражение ударных волн. Электромагнитные и акустические волны. Дифракция круговой волны на узкой щели.
реферат [305,0 K], добавлен 17.02.2009Определение дифракции в волновой и геометрической оптике. Сущность принципа Гюйгенса-Френеля. Виды дифракции и определение дифракционной решетки. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Распределение интенсивности в дифракционной картине от двух щелей.
презентация [82,6 K], добавлен 17.01.2014Исследование распределения интенсивности света на экране с целью получения информации о свойствах световой волны - задача изучения дифракции света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля, увеличение интенсивности света с помощью зонной пластинки.
презентация [146,9 K], добавлен 18.04.2013Исследование распределения интенсивности света на экране с целью получения информации о свойствах световой волны. Основные виды дифракции. Объяснение проникновения световых волн в область геометрической тени с помощью принципа Гюйгенса. Метод фон Френеля.
презентация [146,9 K], добавлен 24.09.2013Понятие ультразвука, его предельная верхняя граница. Ученые, занимающиеся изучением ультразвуковых волн. Применение ультразвука в медицине, в приборах для контрольно-измерительных целей и в технике. Ультразвуковые импульсы и лучи в живой природе.
доклад [15,4 K], добавлен 26.01.2009Обзор дифракции в сходящихся лучах (Френеля). Правила дифракции световых волн на круглом отверстии и диске. Схема дифракции Фраунгофера. Исследование распределения интенсивности света на экране. Определение характерных параметров дифракционной картины.
презентация [135,3 K], добавлен 24.09.2013Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Отражение и преломление света диэлектриками. Принцип Гюйгенса - Френеля. Рефракция света. Графическое сложение амплитуд вторичных волн. Дифракция плоской световой волны и сферической световой волны.
реферат [168,2 K], добавлен 25.11.2008Теоретические основы акустики. Рождение, характеристика, специфические особенности, измерение и коэффициент поглощения звука. Дифракция света на ультразвуке в анизотропной среде. Схемы и характеристики ультразвуковой аппаратуры. Применение ультразвука.
научная работа [6,9 M], добавлен 11.03.2009Перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн от конечного числа дискретных источников. Объяснение дифракции с помощью принципа Гюйгенса. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод сложения амплитуд. Дифракция от круглого отверстия.
презентация [3,7 M], добавлен 25.07.2015Изучение дифракции света на одномерной решетке и определение ее периода. Образование вторичных лучей по принципу Гюйгенса-Френеля. Расположение главных максимумов относительно центрального. Измерение среднеарифметического значения длины световой волны.
лабораторная работа [67,1 K], добавлен 25.11.2010Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии, на краю экрана, Фраунгофера от щели. Дифракционная решетка как спектральный прибор, принцип ее действия и сферы применения. Понятие и содержание голографии, ее значение.
презентация [1,3 M], добавлен 16.11.2012Ознакомление с понятием и сущностью ультразвука. Рассмотрение частоты ультразвуковых волн, применяемых в промышленности и биологии. Изучение особенностей преобразования акустической энергии в тепловую. Применение ультразвука в диагностике и в терапии.
презентация [483,0 K], добавлен 11.02.2016Рассмотрение дифракции - отклонения световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий. Волновые свойства света. Принцип Гюйгенса–Френеля. Строение дифракционной решетки.
презентация [1,4 M], добавлен 04.08.2014Назначение, устройство и действие клапана. Определение площадей проходных сечений. Построение графической зависимости коэффициента расхода рабочей щели основного клапана от числа Рейнольдса и гидродинамической силы от открытия рабочей щели клапана.
курсовая работа [468,5 K], добавлен 08.05.2011Основы теории дифракции света. Эксперименты по дифракции света, условия ее возникновения. Особенности дифракции плоских волн. Описание распространения электромагнитных волн с помощью принципа Гюйгенса-Френеля. Дифракция Фраунгофера на отверстии.
презентация [1,5 M], добавлен 23.08.2013Распространение волн в упругой среде. Уравнение плоской и сферической волны. Принцип суперпозиции, разложение Фурье и эффект Доплера. Наложение встречных плоских волн с одинаковой амплитудой. Зависимость длины волны от относительной скорости движения.
презентация [2,5 M], добавлен 14.03.2016Раскрытие сути понятия "дифракция", обучение основным способам наблюдения дифракции, ее положительные и отрицательные стороны для человека. Демонстрация опыта, который стал основой для открытия нового явления; установка по измерению длины световой волны.
разработка урока [121,9 K], добавлен 01.12.2009Расчет длины волны из опыта Юнга и колец Ньютона. Интерференция света как результат наложения двух когерентных световых волн. Подробный расчет всех необходимых величин. Определение длины волны через угол наклона соответствующей прямой к оси абсцисс.
лабораторная работа [469,3 K], добавлен 11.06.2010Физические основы действия ультразвуковых волн на вещество. Низкочастотный и высокочастотный ультразвук. Хирургическое применение ультразвука. Эффект Доплера, применение для неинвазивного измерения скорости кровотока. Вибрации, физические характеристики.
контрольная работа [57,9 K], добавлен 25.02.2011
