Порядок выполнения работы

Измерения в данной работе будут тем точнее, чем больше расстояние L от щели до экрана, поэтому расстояние L должно быть не менее 1 м.

1. Установить щель на выбранном расстоянии L. Записать значение L и размер щели а.

2. Закрепить лист бумаги на экране. Настроить дифракционную картину, добившись большой растянутости нулевого максимума. Отметить с максимальной точностью середины первых минимумов справа и слева от центрального максимума. Измерить и записать ширину нулевого максимума 2D.

3. Изменить ширину щели. Повторить измерения согласно п.2 8-10 раз.

4. По формуле (14.11) рассчитать параметр F. Длину волны лазера взять равной 0,63 мкм. Вычислить среднеарифметическое значение

 F_i

<F> = -------- , где n - число измерений.

n

5. По измеренным значениям ширины щели и ширины нулевого максимума построить график зависимости полуширины нулевого максимума от ширины щели D = f(а), качественно иллюстрирующий соотношение неопределенностей для фотонов. Сравнить его с графиком зависимости Δр_х= f(Δх).

6. Сделать вывод по выполненной работе.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем проявляется двойственная природа света?

2. Сформулируйте гипотезу де Бройля и запишите ее математическое выражение.

3. Справедлива ли гипотеза де Бройля для других частиц, кроме фотонов?

4. Вычислите длину волны де Бройля для протона с кинетической энергией 1КэВ. Сравните ее с длиной волны электрона такой же кинетической энергии.

5. Запишите соотношения неопределенностей Гейзенберга для координат и импульса частицы; для координат и скорости частицы; для энергии и времени жизни частицы. Поясните их.

6. Электрон находится в потенциальной яме размером 1 нм. Оцените неопределенность скорости такого электрона.

7. Почему излучение лазера не обладает строгой монохроматичностью?

8. Для каких условий справедливы соотношения неопределенностей Гейзенберга и гипотеза де Бройля? Почему в макромире мы не встречаемся с их проявлениями?

9. Почему в данной работе для проверки соотношения неопределенностей не используется исходная формула? Почему она преобразуется к другому виду?

Лабораторная работа 15 определение показателя преломления и средней дисперсии вещества

Цель работы: определение показателя преломления и средней дисперсии жидкостей и твердых тел методом полного внутреннего отражения на рефрактометре ИРФ – 22.

Приборы и принадлежности: рефрактометр ИРФ-22, исследуемая жидкость (вода, глицерин, масло, раствор сахара), стеклянная палочка для нанесения капли жидкости, салфетки для протирания поверхностей призм.

Краткое теоретическое введение

При прохождении света через границу раздела двух прозрачных, однородных, изотропных сред направление преломленного луча определяется законом преломления, согласно которому преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к границе раздела сред, восстановленной в точке падения (рис 15.1, а). Отношение синуса угла падения ε к синусу угла преломления ε^́/ есть величина постоянная для данных двух сред:

(15.1)

где n₁ и n₂ – абсолютные показатели преломления соответственно первой и второй среды, n₁₂ – относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

Пусть свет идет из оптически более плотной среды в менее плотную (n₂ < n₁), тогда ε′ > ε (рис.15.1, б.). Если увеличить угол εдо некоторого значения, то угол ε′ достигнет 90⁰, и весь свет будет только отражаться в первую среду. Это явление называется полным внутренним отражением, а угол падения, при котором начинается полное внутреннее отражение, называется предельным углом полного внутреннего отражения и обозначается ε_пред. (рис.15.1, в). Учитывая (15.1), получим:

(15.2)

При преломлении сложного, немонохроматического света происходит его разложение на составные цвета в спектре. Это явление обусловлено зависимостью показателя преломления вещества от длины волны света и называется дисперсией света.

Преломляющую способность среды характеризуют обычно значением показателя преломления для λ= 589,3 нм (среднее значение длин волн двух близких желтых линий в спектре паров натрия), обозначая его символом n_D.

Мерой дисперсии служит средняя дисперсия, определяемая как разность (n_F – n_С), где n_F относится к λ = 486,1 нм (голубая линия в спектре водорода), а n_C – к λ = 656,3 нм (красная линия в спектре водорода).

Преломление вещества также характеризуют величиной относительной дисперсии:

(15.3)

В каталогах обычно фигурирует величина, обратная относительной дисперсии, т. е.

, (4)

где γ– коэффициент дисперсии, или число Аббе.