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

3839. Обработка результатов измерений 95.21 KB
  Обработка результатов измерений. Табличное значение попадает в полученный нами интервал. Выберем на этой прямой достаточно удаленные друг от друга точки А (0,1;50) и В(0,8;300). По их координатам вычислим массу тележки как угловой коэффициент прямой...
3840. Дослідження параметрів вільних коливань фізичного маятника 141.5 KB
  Дослідження параметрів вільних коливань фізичного маятника Мета: вивчення закономірностей вільних коливань фізичного маятника. Використання комп’ютерного моделювання фізичних процесів у пакеті Interactive Physics...
3841. Математический и физический маятник 42.5 KB
  Цель: изучение зависимости периода колебаний от параметров маятников и измерение на этой основе величины ускорения свободного падения. Оборудования: секундомер, математический маятник (шарик на нити на штативе), физический маятник (кольцо и обруч на...
3842. Перевірка основного рівняння динаміки обертального руху за допомогою маятника Обербека 159 KB
  Перевірка основного рівняння динаміки обертального руху за допомогою маятника Обербека Мета роботи: Експериментальна перевірка основного рівняння динаміки обертального руху. Ознайомлення на дослідах з поняттями момент інерції, кутове прискорення, но...
3843. Принцип действия полупроводникового транзистора 121 KB
  Цель работы: ознакомиться с принципом действия полупроводникового транзистора. Задача: получить выходные характеристики транзистора по напряжению в схеме с общей базой, рассчитать коэффициент усиления транзистора по напряжению. Приборы и прин...
3844. ИЗУЧЕНИЕ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА 62.5 KB
  ИЗУЧЕНИЕ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА Цель работы: определение момента инерции маятника Максвелла. Краткая теория. Маятником Максвелла называют однородный диск с валом (тонким стержнем кругового сечения), проходящим через центр масс диска перпендикулярно его ...
3845. Закон сохранения момента импульса 159 KB
  Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения момента импульса. Гироскоп. Работа и кинетическая энергия при вращательном движении. Закон сохранения момента импульса. Согласно основному уравнению динамики вращательного движени...
3846. Определение отношения удельных теплоемкостей воздуха методом адиабатного расширения 190.5 KB
  Определение отношения удельных теплоемкостей воздуха методом адиабатного расширения Приборы и принадлежности Закрытый стеклянный баллон с краном, манометр, насос рис. 1 Теория работы и описание прибора Для вещества в любом агрегатном состоянии харак...
3847. Определение коэффициента вязкости жидкости методов стокса 207.5 KB
  Определение коэффициента вязкости жидкости методов стокса Приборы и принадлежности: Стеклянный цилиндр с исследуемой жидкостью, шарики малого диаметра, микрометр, секундомер, пинцет, масштабная линейка. Теория работы и описание приборов При движении...