fizicheskij_praktikum_zubkov

Рис. 15.5. Дифракция на дифракционной решетке

15.2. Экспериментальная часть

На рис. 15.6 представлена лазерная установка.

Рис. 15.6. Экспериментальная установка изучения свойств лазерного излучения

и дифракции света

Внимание! Будьте осторожны! Не направляйте луч лазера на ткани человека. Особенно опасно прямое попадание лазерного излучения в глаз человека.

171

15.2.1. Исследование направленности излучения гелий-

Рис. 15.7. Схема установки для определения угла расходимости θэксп

3.Сравните данные теоретического расчета угловой расходимости луча с экспериментальными результатами.

4.Рассчитайте плотность излучения малогабаритного лазера ЛГН-207А.

Р= 1,5´10-3 Вт, l = 632,8 нм, относительное отверстие D/f = 1,2.

15.2.2.Изучение поляризационных свойств излучения гелий-неонового лазера

172

1. Исследование поляризационных свойств лазерного излучения осуществляется на установке, схема которой показана нарис. 15.8. Анализатор 2 закреплен на угломерном устройстве, которое имеет шкалу с нониусом 3 и ручку 4 для вращения анализатора. При совмещении нулевой отметки шкалы с нулевой отметкой нониуса анализатор будет пропускать колебания вектора Е, ориентированного строго вертикально. Световой луч лазера 1, пройдя через анализатор 2, попадает на фотоприемник 5, который укреплен на двухкоординатном столике. Фототок, пропорциональный световому потоку, измеряется микроамперметром 6. После того как элементы оптической схемы собраны на оптической скамье7, необходимо включить в сеть 220 В источник питания ЛГН-207А. Теперь с помощью юстировочных винтов двухкоординатного столика добейтесь того, чтобы

7

Рис. 15.8. Схема установки для проверки закона Малюса

По данным табл. 15.1 постройте график зависимости фототока от угла между плоскостью колебания электрического вектора Е в луче лазера

173

и плоскостью пропускания анализатора. На этом же графике постройте

15.2.3. Изучение дифракции лазерного излучения

1.Для выполнения этого упражнения соберите установку по схеме, показанной на рис. 15.9.

2.В держатель оптической установки закрепите дифракционную решетку таким образом, чтобы дифракционные максимумы наблюдались на измерительной шкале 3 (рис. 15.9).

3.Регулировками добейтесь того, чтобы расстояния между симметричными максимумами (например: +1 и -1; +2 и -2) были равными друг другу.

Рис. 15.9. Схема установки для наблюдения дифракции

174

4.Начиная с расстояния L1 = 20-25 см от дифракционной решетки, измерьте расстояние Sk между максимумами нулевого и всех видимых порядков дифракции.

5.Вычислите направление jk на максимумы всех дифракционных порядков, зная Sk и L (L – расстояние от дифракционной решетки до измерительной линейки).

6.Рассчитайте по формуле(15.4) среднее значение постоянной решетки d, считая l = 632,8 нм. Оцените погрешности измерений.

Котчету представить:

•угол расходимости θ луча лазера, рассчитанный теоретически и найденный экспериментально;

•табл. 15.1;

•теоретическую и экспериментальную зависимостиI(j) на одном графике;

•вывод: подтверждается ли экспериментально закон Малюса? Если подтверждается, что это означает?

•значение постоянной решетки в виде d ± Dd.

Контрольные вопросы

1. Каковы физические основы генерации лазера? Что такое «инверсная заселенность»?

(газоразрядной трубки, катода, анода, зеркал).

3.Каковы свойства лазерного пучка? От каких конструктивных особенностей лазера они зависят?

4.Почему пучок лазера имеет малый угол расходимости?

5.В чем причина высокой плотности лазерного излучения?

6.Объяснить причину поляризации излучения газового ОКГ.

7.Сформулировать закон Малюса, условие Брюстера.

8.Чем принципиально различаются области дифракции Френеля и Фраунгофера?

9.Что такое дифракционная решетка? Для чего она служит?

10.Как изменится дифракционная картина, если период решетки уменьшить в два раза? Увеличить в 3 раза?

175

Лабораторная работа № 16

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА ВЧ-ТЕРАПИИ

Цель работы: 1) изучить физические основы высокочастотной терапии; 2) выявить связь тепловых потерь электрического поля УВЧ с электрическими характеристиками диэлектрика; 3) изучить аппарат УВЧтерапии.

Приборы и материалы: аппарат УВЧ-80-3 «Ундатерм», электроды конденсаторные, кабельный индуктор на подставке, индикатор ВЧ-поля, измерительный контур в сборе, штатив лабораторный, стакан с маслом, стакан с раствором соли, термометры.

16.1.Теоретическая часть

Вмедицине с лечебной целью широко применяются методы высокочастотной терапии, в которых используется воздействие на ткани организма переменного тока или электромагнитных колебаний и волн диапазона высоких частот(0,2-30 МГц), ультравысоких частот (30-300

высокочастотным током (n = 1¸2 МГц; I = 1¸1,5 А). При использовании

этого метода лечения электроды накладываются непосредственно на

177

жировые и костные ткани, то они и нагреваются сильнее, чем органы,

выделяется в слое кожи и подкожной клетчатке; этот метод обладает повышенной электроопасностью.

разрушения тканей, подлежащих удалению из организма.

При индуктотермии используется воздействие на ткани организма

выделяющееся в единице объема ткани за единицу времени, в этом методе пропорционально квадрату индукции В магнитного поля, квадрату частоты поля ν и удельной электропроводимости ткани s:

При равных условиях подведения энергии магнитного поля к тканям наибольшее теплообразование будет происходить в участках с высокой удельной электрической проводимостью– кровь, лимфа, мышцы, ткани паренхиматозных органов (сердце, легкие, почки и т. д.).

При УВЧ-терапии используется воздействие на ткани переменным электрическим полем ультравысокой частоты (n » 40-504 МГц). В тканях-

сопровождающийся выделением тепла. Теплота, выделяемая в единице объема ткани-электролита за единицу времени, пропорциональна удельной электрической проводимости тканиσ и квадрату напряженностиЕ электрического поля:

Втканях-диэлектриках под влиянием электрического поля УВЧ

178

возникновение небольшого тока проводимос. Эти процессы сопровождаются поглощением энергии электрического поля и нагреванием диэлектрика. В реальном диэлектрике, проводимость которого не равна нулю, помимо емкостного тока(реактивная составляющая Iр) будет возникать и ток проводимости(активная составляющая Ia). Сдвиг фаз j

между напряжением U и током I не равен в таком случаеp/2 (рис. 16.1) – в отличие от идеального диэлектрика.

Величина etgd называется коэффициентом диэлектрических потерь и является основной характеристикой электрических свойств диэлектриков.

диапазона УВЧ больше тепла выделяется в тканях-диэлектриках, чем в тканях-электролитах.

При микроволновой терапии используется воздействие на ткани

при рассмотрении эффектов УВЧ-терапии. Однако на частотах СВЧдиапазона поляризации подвержены в основном полярные молекулы воды (в связи с их малыми размерами), и поэтому наибольшее выделение тепла

179

при микроволновой терапии происходит в водосодержащих тканях (например, мышечной ткани и крови), наименьшее – в жировой и костной тканях. Этим микроволновая терапия отличается от УВЧ-терапии.

16.2.Описание установки

16.2.1.Аппарат УВЧ-80-3 «Ундатерм»

терморегулирующее действие системы кровообращения.

Количество теплоты, выделяемое в тканях, зависит от параметров электромагнитных колебаний и электрических свойств самих тканей. При этом имеется возможность путем изменения частоты и мощности электромагнитных колебаний добиться преимущественного выделения

180