14376

Дифракция света на бегущих ультразвуковых волнах

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа по дисциплине Физика на тему: Дифракция света на бегущих ультразвуковых волнах.. Цели и задачи: определить скорость ультразвука в воде по дифракции света на бегущих волнах и рассчитать для воды. Приборы и...

Русский

2013-06-04

199 KB

3 чел.

Лабораторная работа № 72.2

по дисциплине «Физика»

на тему: «Дифракция света на бегущих ультразвуковых волнах».

1. Цели и задачи: определить скорость ультразвука в воде по дифракции света на бегущих волнах и рассчитать  ад,  из, Сv и   для воды.

2. Приборы и материалы: для определения скорости ультразвука в воде используется установка, общая схема которой представлена на рисунке:

В качестве источника света S используется ртутно-кварцевая лампа ПРК-4 с характерным для ртути линейчатым спектром.

Ширина щели G регулируется  микровинтом. Коллиматор формирует параллельный пучок лучей, падающий на кювету К, смонтированную на предметном столике. 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. 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.

3. Используемые формулы:

1. = a•D;  

2. U = ;

3.

4. ;

   из /ад  = Cp/ CV     

4.Порядок выполнения работы:  

1. Включить ртутную лампу и дать ей прогреться несколько минут. Получить четкое изображение щели в поле зрения окуляр микрометра.

2. Включить генератор и частотомер и дать прогреться несколько минут. После этого в поле зрения окуляр-микрометра должна появиться дифракционная картина.

3. Измерить положение всех видимых линий дифракции Xk.

4. Измерить частоту генератора . Измерения следует проводить не ранее, чем через 15-20 минут после включения генератора и частотомера. Произвести 8-10 измерений через равные интервалы времени (например, через 10 секунд). Если одно из измеренных значений частоты более чем на 15% отличается от среднего, его отбрасывают.

5. Выключить генератор и частотомер и вставить в держатель дифракционную решетку. Значение постоянной D указано на решетке.

6. Измерить положение линий дифракции Yk для оптической дифракционной решетки.

Результаты измерений представлены в таблице:

Порядок k, цвет линии

0

1, с

1, з

1, ж

+1,с

+1,з

+1,ж

Xk, мм

4,68

3,59

3,30

3,21

5,72

6,05

6,14

Yk , мм

4,61

3,50

3,28

3,22

5,70

6,08

6,18

7. Построить график зависимости Yk = a Xk +b  и определить значение a (тангенса угла наклона графика зависимости Yk = a Xk +b к оси абсцисс).

К-во точек

7

1

2

3

4

5

6

7

Σ

Значение

x

4,68

3,59

3,3

3,21

5,72

6,05

6,14

Σxi =

20,5

y

4,61

3,5

3,28

3,22

5,7

6,08

6,18

Σyi =

20,31

x^2

21,9024

12,8881

10,89

10,3041

32,7184

36,6025

37,6996

Σxi^2 =

88,703

y^2

21,25210

12,25000

10,75840

10,36840

32,49000

36,96640

38,19240

Σyi^2 =

87,11890

x*y

21,5748

12,5650

10,8240

10,3362

32,6040

36,7840

37,9452

Σxi*yi =

87,9040

a

b

So^2

Sa^2

Sb^2

0,992

-0,00236

0,001338

4,67E-05

0,000591

 

 

So

Sa

Sb

0,03658

0,006832

0,02432

8. По методу наименьших квадратов вычислить a и a.

Δа = 2,4 • 0,006832 = 0,0163968

Коэффициент Стьюдента берем из таблицы для числа опытов n=7 и доверительной вероятности  p = 0,95. В этом случае он равен 2,4.

9. Вычислить значение  λ:

λ = 0,992•0,236•10-3 = 0,234112•10-3 м;   Δλ =0,0000039799 м (1,7%)


10. По измеренным значениям частоты вычислить  и  .

11. Вычислить скорость ультразвука в воде:

U = 1449,74 м/с, ΔU = 25,8 м/с (1,78%)

12. Вычислить ад:   ад = 4,776•10-10 м•с2/кг   (tº=20ºС, ρ = 996,2 кг/м3,

                                                                              Ср = 4181 Дж/кг•град)

13. из = 4,804•10-10 м•с2/кг, CV = 4156,63 Дж/кг•град, γ = 1,005863

6. Вывод: по полученным в ходе эксперимента данным были рассчитаны:

λ = (2,34±0,0398)•10-4м

U =(1449,7±25,8) м/с

ад = 4,776•10-10 м•с2/кг

из = 4,804•10-10 м•с2/кг

CV = 4156,63 Дж/кг•град

γ = 1,005863


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22400. Системы и технологии управления проектированием и жизненным циклом изделия (PDM-, PLM-, CALS-технологии) 147 KB
  Однако попытки использовать имевшиеся в то время СУБД не приводили к удовлетворительным результатам в силу разнообразия типов проектных данных распределенного и параллельного характера процессов проектирования с одной стороны и недостаточной развитости баз данных с другой стороны. Однако они не учитывали или в недостаточной степени удовлетворяли требованиям обеспечения целостности данных управления потоками проектных работ многоаспектного доступа пользователей к данным. Они предназначены для информационного обеспечения проектирования и...
22401. CASE-технологии компьютерного проектирования 94.5 KB
  1 Введение CASEтехнологии; 7.2 CASEсредства.4 Структурный подход к проектированию ИС CASE средствами.
22402. CASE-средства анализа и синтеза проектных решений информационных систем 238 KB
  Взаимодействие блоков друг с другом описываются посредством интерфейсных дуг выражающих ограничения которые в свою очередь определяют когда и каким образом функции выполняются и управляются; строгость и точность. отделение организации от функции т. Методология SADT может использоваться для моделирования широкого круга систем и определения требований и функций а затем для разработки системы которая удовлетворяет этим требованиям и реализует эти функции. Диаграммы главные компоненты модели все функции ИС и интерфейсы на них...
22403. Основные понятия и методология проектирования сложных объектов и систем. Методология системного подхода к проблеме проектирования сложных систем 233 KB
  Сущность процесса проектирования Методология системного подхода к проблеме проектирования сложных систем 1. Сущность процесса проектирования Сущность процесса проектирования заключается в разработке конструкций и технологических процессов производства новых изделий которые должны с минимальными затратами и максимальной эффективностью выполнять предписанные им функции в требуемых условиях [70 71]. Результатом проектирования как правило служит полный комплект документации содержащий достаточные сведения для изготовления объекта в...
22404. Основные понятия и методология проектирования слож 171.5 KB
  План Понятия инженерного проектирования; 2. Цели проектирования; 3. Объекты проектирования; Процессы проектирования.
22405. Введение в математический анализ 1.32 MB
  Числовые множества 1. Числовые множества. Числовые функции Числовые множества. Числовая последовательность и ее предел Числовая последовательность и свойства последовательностей.
22406. Непрерывность функции в точке 383 KB
  Функция f называется непрерывной в точке a если она определена в точке a и ее некоторой окрестности и если существует предел этой функции f при x при x  a и он равен fa т. Функция f называется непрерывной слева в точке a если она определена в точке a и в левой половине некоторой окрестности точки a если левый предел этой функции f при x  a0 существует и равен fa т. Функция f называется непрерывной справа в точке a если она определена в точке a и в правой половине некоторой окрестности точки a если правый предел этой функции...
22407. Дифференцируемость и производные функции 291 KB
  Дифференцируемость и производные функции Приращение аргумента и приращение функции. Понятие функции дифференцируемой в точке. Дифференциал функции. Производная функции.
22408. Производные высших порядков. Формулы Тейлора. Применение производной. Производные и дифференциалы высших порядков 652 KB
  Линеаризация функции. Приближенное вычисление значений функции. Исследование функции с помощью производной. Возрастание и убывание функции на промежутке.