Описание экспериментальной установки и метода измерений

Схема экспериментальной установки показана на рис. 7.

Щ Q

К

S

П

Г

Рис. 7

Для получения параллельного пучка света, необходимого для наблюдения дифракции Фраунгофера, в фокусе объектива должен располагаться источник света маленьких размеров (особенно в направлении предполагаемого отклонения лучей при дифракции света на решетке). В рассматриваемой установке роль такого источника выполняет щель Щ. Для этого свет от ртутной лампы S фокусируется на щель с помощью конденсора К. На пути пучка лучей за объективоммогут быть расположены либо амплитудная дифракционная решетка (на рис.7 не показана), либо прозрачная кювета Q c жидкостью, в которой с помощью преобразователя П возбуждается ультразвуковая волна. Преобразователь П представляет собой пьезоэлектрическую пластинку, приклеенную к одной из стенок кюветы. Большие поверхности этой пластинки металлизированы, и к ним подводится переменная разность потенциалов частотыот генератора электрических колебаний Г. Под действием приложенной разности потенциалов материал пластины – пьезоэлектрик – деформируется. Толщина пластины увеличивается или уменьшается в зависимости от знака приложенной разности потенциалов. Под действием переменной разности потенциалов пластинка совершает колебания, возбуждающие ультразвуковую волну.

При высокой интенсивности дифрагированного света дифракционную картину, соответствующую дифракции Фраунгофера, можно наблюдать на экране, находящемся в фокальной плоскости собирающей линзы, расположенной за решеткой. При малой интенсивности дифракционную картину рассматривают так, чтобы дифрагированный свет попадал непосредственно в глаз. Роль линзы в этом случае выполняет хрусталик, настроенный на бесконечность, а роль экрана – сетчатка глаза. Еще лучше, если наблюдение ведется не невооруженным глазом, а через зрительную трубу. На рис. 7 – объектив, а– окуляр зрительной трубы, настроенной на бесконечность.

При отсутствии дифракционной решетки или при неработающем преобразователе П в поле зрения трубы видно белое изображение щели Щ. При наличии дифракционной решетки или ультразвуковой волны в кювете, кроме этого, основного изображения щели (нулевой порядок дифракции), появляется система дополнительных изображений, обусловленных дифракцией – главных максимумов дифракции. Дополнительные изображения цветные, так как угол дифракции зависит от длины волны.

Экспериментальная установка смонтирована на гониометре – приборе для измерения углов.

Наблюдая дифракцию света ртутной лампы на амплитудной дифракционной решетке с известным периодом , можно найти длины волн света, соответствующие некоторым спектральным линиям паров ртути. Для этого надо экспериментально определить углы дифракциии по формуле (2) вычислить.

Наблюдая дифракцию света от той же лампы на ультразвуке, можно определить длину звуковой волны . Для этого надо экспериментально определить углы дифракциии по формуле (9) вычислить. При этом следует воспользоваться найденными ранее значениями длин волн света.

Если измерить частоту колебаний ультразвука (она равна частоте электрических колебаний на выходе генератора), то можно определить скорость распространения звука в данной жидкости по формуле

(11)