Измерения и обработка результатов

Испускаемый гелий-неоновым лазером пучок света проходит через щель и попадает на экран, где наблюдается исследуемая дифракционная картина. Меняя с помощью барабана ширину щели, можно наблюдать изменение вида дифракционной картины.

Задание1. Измерение зависимости ширины главного максимума дифракционной картины от ширины щели.

Установите щель и экран на оптической скамье согласно рис.4.7.1 на расстоянии, указанном в паспорте установки (калибровочный микроскоп снимите со скамьи). Включите лазер. Получите на экране дифракционную картину. Для этого, используя салазки, на которых установлена калиброванная щель, добейтесь того, чтобы луч лазера прошел через ее отверстие и попал на экран.

Меняя ширину щели, проведите не менее 10 измерений ширины 2 D главного максимума дифракционной картины. Ширину щели меняйте с шагом в два деления по шкале барабана от значения, когда на экране уже отчетливо наблюдается дифракционная картина, до значения, при котором еще можно наблюдать изменение ширины главного максимума. Измерьте ширину главного максимума, пользуясь шкалой экрана. Для увеличения точности измерений установите калиброванную щель на расстоянии не менее 1,0 м от экрана. Ширину максимума определите по положению темных полос, окаймляющих максимум.

Результаты измерения D х (в делениях шкалы барабана), 2 D и D (в мм) (половина ширины главного максимума), а также расстояния L между экраном и щелью занесите в таблицу 1.

Таблица 1

№ опыта	Δ x, делений	Δ x, мм	2 D, мм	D, мм	L, см
1
2

Задание 2. Градуировка регулируемой щели.

Из-за несовершенства конструкции щели число делений, отсчитываемых на ее барабане, не связано линейно с шириной соответствующего отверстия. Поэтому необходимо провести градуировку щели с помощью микроскопа (типа МПБ-2).

Выключите лазер и расположите на оптической скамье щель и микроскоп (рис. 4.7.2).

Рис. 4.7.2

Измерьте, сколько делений шкалы регулировочного барабана соответствует одному, двум и далее целому числу делений шкалы микроскопа (цена одного деления шкалы микроскопа 0,05 мм) и постройте по этим данным калибровочный график: зависимость ширины щели в мм от числа делений шкалы регулировочного барабана. По этому графику  определите ширину щели (в мм), соответствующую каждому положению шкалы регулировочного барабана, используемому в задании 1, и занесите результаты измерений в таблицу 1.

Задание 3. Проверка соотношения неопределенностей.

Постройте график зависимости полуширины главного максимума D от размера щели D х и вычислите безразмерную величину , где м – длина волны излучаемого света. Убедитесь, что эта величина практически не меняется при изменении D х. Проверьте выполнение неравенства (3).

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. В чем заключается физический смысл соотношения неопределенностей?

2. Какое максимальное пространственное разрешение может обеспечить поток нейтронов с энергией Е = 1 эВ?

3. Почему электронный микроскоп может обеспечить более высокое разрешение, чем оптический микроскоп?

4. Что такое нулевые колебания? Как объяснить наличие нулевых колебаний с помощью принципа неопределенностей?

5. Какие преимущества обеспечивает анализ величины F=DxD/lL по сравнению с анализом зависимости D=f(Dx)?

6. Используя соотношение неопределенностей, оцените: а) энергию электрона в атоме водорода в основном состоянии; б) энергию электронов в атоме гелия в основном состоянии; в) энергию основного состояния квантового осциллятора

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