МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

(ДВФУ)

Школа естественных наук

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА НА ЩЕЛИ

Учебно-методическое пособие

к лабораторной работе № 4.02

по дисциплине «физический практикум»

020100.62 - «химия»

Владивосток

Издательский дом Дальневосточного федерального университета

2014

Цель данной работы – исследовать дифракцию монохроматического параллельного пучка света на щели.

Задачи:

• получить экспериментальную зависимость интенсивности света, прошедшего через узкую щель;

• вычислить длину волны монохроматического излучения;

• рассчитать неопределенность импульса фотонов и подтвердить соотношение неопределенностей Гейзенберга.

Краткая теория.

Дифракция Фраунгофера на щели. Рассмотрим дифракцию в параллельных лучах на щели, длина которой во много раз больше её ширины. Такую щель можно считать бесконечно длинной. На щель перпендикулярно плоскости экрана падает плоская световая монохроматическая волна (длина волны λ). За щелью расположена собирающая линза, в фокальной плоскости линзы находится экран, плоскость экрана параллельна плоскости щели (рис.1).

Рис. 1. Дифракция Фраунгофера на щели

Поскольку щель бесконечна, картина, наблюдаемая в любой плоскости, перпендикулярной границам щели, будет одинакова. Поэтому достаточно исследовать дифракцию в одной такой плоскости.

Параллельный пучок лучей после прохождения щели распространяется под различными углами к первоначальному направлению (каждая точка фронта волны в плоскости щели является источником вторичных волн). Параллельный пучок лучей, распространяющихся под определённым углом φ к первоначальному направлению, линза собирает в определенной точке фокальной плоскости. Амплитуда результирующего колебания Eφ, возбужденного в данной точке, вычисляется по формуле:

2

Задание 2. Проверка соотношения неопределенностей Гейзенберга

1. По экспериментальной таблице определить положения минимумов слева и справа от центрального максимума.

2. Вычислить величину a (рис. 4) как половину расстояния между максимумами.

3. Согласно (18), полагая a << L, вычислить величину

. (19)

Ее значение должно быть близко 1.

4. Вычислить экспериментальную погрешность.

Относительная погрешность косвенных измерений определяется по формуле:

(20)

Погрешность определения ширины щели Δb принимаем равной нулю. Погрешности измерения остальных величин определяются из эксперимента. Отклонение величины s от 1 не должно превышать ошибки, вычисленной по формуле (20).