Порядок выполнения работы. Установка для проверки принципа неопределенностей (рисунок 2) состоит из источника монохроматического излучения 1

Установка для проверки принципа неопределенностей (рисунок 2) состоит из источника монохроматического излучения 1, щели 2, ширина которой устанавливается и измеряется с помощью микрометрического винта, и экрана со шкалой 3, расположенных на оптической скамье 4.

Испускаемый лазерным источником пучок излучения проходит через щель и попадает на экран, где наблюдается исследуемая дифракционная картина (см. рисунок 1). Изменяя ширину щели посредством вращения микрометрического винта барабана, а также расстояние между щелью и экраном , можно наблюдать изменение вида дифракционной картины.

 

Задание 1. Установите зависимость ширины главного максимума дифракционной картины от ширины щели.

В соответствии со схемой, представленной на рисунке 2, установите лазерный источник ZY 852 с длиной волны генерации 532 нм и щель на оптической скамье и расположите экран на расстоянии ~ 3 метров от щели. Включите лазер. Отъюстируйте систему. Для этого, используя салазки, на которых установлена щель, добейтесь того, чтобы луч лазера прошел через нее и попал на экран. Получите на экране дифракционную картину (см. рисунок 1). Определите интервал значений ширины щели , в котором на экране отчетливо наблюдается дифракционная картина. Определите шаг изменения ширины щели, разбив найденный интервал значений на шесть частей.

Установите ширину щели , расположите экран на расстоянии от щели. Определите на экране расстояние между дифракционными минимумами первого порядка. Занесите результаты измерений в таблицу 1.

 

Таблица 1

Лазер, l, нм	№ опыта	Dx, м	2 D, м
ZY 852, 532нм	…
ЛГН-113, 633нм	…

 

Изменяя ширину щели с шагом, значение которого определили ранее, повторите все измерения шесть раз и занесите результаты в таблицу 1.

 

Задание 2. Установите зависимость ширины главного максимума дифракционной картины от расстояния между щелью и экраном.

Установите ширину щели, равную 0,1 мм. Перемещая щель вдоль оптической оси установки, определите интервал значений расстояния между щелью и экраном , при котором наблюдается качественное изображение дифракционной картины. Определите шаг разбиения найденного интервала с целью проведения семи повторных измерений. Проведите измерения расстояния между дифракционными минимумами первого порядка при различных значениях расстояния между щелью и экраном. Занесите результаты измерений в таблицу 2.

 

Таблица 2

Лазер, l, нм	№ опыта	L, м	2 D, м
ZY 852, 532нм	…
ЛГН-113, 633нм	…

 

Задание 3. Установите на оптической скамье лазерный источник ЛГН-113 с длиной волны генерации 633 нм. Отъюстируйте оптическую систему и проведите измерения в соответствии с заданиями 1 и 2. Результаты измерений занесите в таблицы 1 и 2.

 

Задание 4. Проверка соотношения неопределенностей.

Используя результаты измерений, занесенные в таблицу 1, вычислите при разных значениях и величину , пропорциональную произведению неопределенностей импульса и координаты для l = 532×нм и l = 633×нм. Вычислите погрешность определения величины . Занесите результаты вычислений в таблицу 1. Проанализируйте полученный результат.

Используя результаты измерений, занесенные в таблицу 2, вычислите при разных значениях и величину для l = 532×нм и l = 633×нм. Вычислите погрешность определения величины . Занесите результаты вычислений в таблицу 2. Проанализируйте полученный результат.

Сформулируйте обоснованные выводы о выполнении или невыполнении соотношения неопределенностей для координаты и соответствующей ей проекции импульса фотона.

 

Вопросы и упражнения

 

1. Запишите соотношения неопределенностей в различных вариантах (для различных величин).

2. В чем заключается физический смысл записанных соотношений неопределенностей?

3. Какое максимальное пространственное разрешение достижимо при использовании потока нейтронов с энергией Е = 1 эВ?

4. Почему разрешающая способность электронного микроскопа более высокое, чем разрешающая способность оптического микроскопа?

5. Что обозначают термином «нулевые колебания»? Как объяснить наличие нулевых колебаний на основе принципа неопределенностей?

6. Почему анализ величины предпочтительнее анализа зависимости ?

7. Почему проверка соотношения неопределенностей с применением лазерного излучения более надежна, чем при работе с другими источниками света (например, с газосветной лампой)?