50190

Експериментальна перевірка співвідношення невизначеностей Гейзенберга для фотонів

Лабораторная работа

Физика

Прилади і обладнання Гелій−неоновий лазер типу ЛГ56 щілина з мікрометричним гвинтом екран з міліметровою шкалою Теоретичні відомості та опис установки В даній лабораторній роботі пропонується перевірити експериментально співвідношення невизначеностей Гейзенберга для координати і відповідної проекції імпульсу фотонів зокрема: . 3 Цей вираз є робочою формулою для перевірки...

Украинкский

2014-01-17

132 KB

2 чел.


 Лабораторна робота № 17

Експериментальна перевірка співВідношення невизначенОСТей  Гейзенберга для фотонів

Мета роботи

Експериментально перевірити співвідношення невизначеностей Гейзенберга для координати і відповідної їй проекції імпульсу фотонів

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати фізичну суть співвідношень невизначеностей Гейзенберга для мікрочастинок (§4.3)

Прилади і обладнання

Гелій−неоновий лазер типу ЛГ–56, щілина з мікрометричним гвинтом, екран з міліметровою шкалою

Теоретичні відомості та опис установки

В даній лабораторній роботі пропонується перевірити експериментально співвідношення невизначеностей Гейзенберга для координати і відповідної проекції імпульсу фотонів, зокрема:

         .      (1)

З врахуванням теоретичних викладок (див. §4.3) та згідно рис. 1, для малих кутів  дифракції світла невизначеність проекції імпульсу  фотонів на координату ОX можна записати наступним чином:

        ,     (2)

де D – півширина центрального дифракційного максимуму,  − відстань від щілини до екрана, − довжина хвилі монохроматичного випромінювання.

Підставивши (2) у формулу (1), отримаємо вираз:

                                                                 .                                                                       (3)

Цей вираз є робочою формулою для перевірки співвідношення невизначеності Гейзенберга для координати х і проекції імпульсу  фотонів.

Схематично лабораторна установка зображена на рис. 1.

Рис.1

1 – He–Ne лазер типу ЛГ-56; 2 – розсувна щілина; 3 – екран; 4 блок живлення лазера.

Лазер 1 встановлюють на краю оптичної лави. На протилежному кінці лави розташовують два рейтери: один з тримачем для щілини 2, другий – з тримачем для екрана 3. При освітленні лазерним променем щілини 2 на екрані 3 формується дифракційна картина.

При виконанні роботи слід виміряти ширину щілини, яка характеризує невизначеність координати фотона , а також півширину D центрального дифракційного максимуму, яка характеризує невизначеність імпульсу фотонів .

Послідовність виконання роботи

  1.  Зібрати установку згідно рис. 1. При цьому щілину 2 розмістити на відстані ~ 0,2 м від лазера 1. Екран 3 встановити на протилежному кінці оптичної лави. Відстань між щілиною та екраном встановити =1,5–2,0 м.
  2.  Увімкнути блок живлення лазера в мережу 220 В. Після ~ 5 хв натиснути на блоці живлення кнопку “Випромінювання”. При цьому появиться лазерний промінь. УВАГА! Із-за використання високої напруги в лазері (до 5000 В) слід бути гранично уважним при виконанні роботи: така напруга небезпечна для життя.
  3.  Отримати чітку дифракційну картину на екрані 3.
  4.  За допомогою мікрометричного гвинта поступово змінювати ширину щілини  від 0,03 мм до 0,42 мм з кроком 0,03 мм. Для кожного значення  виміряти ширину 2D головного максимуму. УВАГА! Слід дуже обережно працювати при показах барабана поблизу нуля і ні в якому разі  не зводити його до нуля це веде до виходу з ладу щілини.
  5.  Обчислити вирази  та  для відповідних значень , ,  та .
  6.  Результати вимірювань та обчислень записати в таблицю 1.

                                                                                                                                                    Таблиця 1

№ п/п

L ,

м

λ,

нм

,

мм

2D,

мм

D,

мм

·10-9,

м2

·10 -9

м2

1

632,8

2

...

14

  1.  Побудувати графік залежності D= f().
  2.  Зменшити відстань L між щілиною та екраном наближено в два рази. Переконатися, що для нових значень D виконується співвідношення (3).
  3.  Проаналізувати отримані результати та зробити висновки.

Контрольні запитання

  1.  Як слід розуміти поняття корпускулярно-хвильовий дуалізм для мікрочастинок?
  2.  В чому полягає фізичний зміст співвідношення невизначеностей Гейзенберга?
  3.  Поясніть співвідношення невизначеностей Гейзенберга на прикладі руху фотонів крізь щілину.
  4.  Наведіть приклади фізичних явищ, які знаходять своє пояснення на основі співвідношення невизначеностей Гейзенберга.
  5.  Де використовуються хвильові властивості потоків мікрочастинок?
  6.  Чому для виконання даної роботи доцільно використати лазер?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67061. Создание анимационного стенда для изучения физических процессов вращения тороида 1.98 MB
  Целью курсовой работы является разработка модели физических процессов. Используя существующий физический аппарат, разработать программу, которая позволяет в реальном масштабе времени наблюдать на экране заранее определённый физический процесс с возможностью изменения начальных условий.
67062. Закріплення знань про звукові значення букви «ц». Опрацювання тексту «Циркова залізниця» 46 KB
  Мета. Закріпити знання дітей про звукове значення літери «ц», формувати навички читання тексту; розвивати мовлення учнів, розвивати вміння відповідати на запитання поширеними реченнями, самостійно ставити питання за змістом прочитаного; виховувати почуття доброзичливості.
67063. Інтелектуальна гра з інформатики «Найрозумніший» 169.5 KB
  Представлення учасників А допомагати у проведенні конкурсу нам буде шановане журі представлення журі Розпочинаємо І тур. Журі стежить за відповідями учасників та веде підрахунки. У випадку невизначеності учасників ІІ туру задаються додаткові питання.
67064. Урок навчання грамоти «В гості прийшла білосніжна зима» 138.5 KB
  Мета: закріплювати в учнів уміння читати слова і текст з вивченими буквами методами ейдетики; розвивати фонематичний слух, спостережливість, увагу, логічне мислення, пам’ять, творчу фантазію; виховувати любов до природи, до тварин. Обладнання: ілюстрації зими, магнітофонний запис, сніжинки, малюнки різних тварин, таблиці складів, роздатковий матеріал.
67066. Інтегрований урок з хімії 53.5 KB
  Мета: поглибити знання учнів по хімії, сформувати уявлення про тісний зв'язок хімії з іншими навчальними предметами та про важливість знань з хімії для освіченої, ерудованої людини; формувати пізнавальний інтерес, розвивати логічне мислення, розширити кругозір учнів...
67067. Искусство эффективного слушания 34 KB
  Применить на практике навыки эффективного слушания на занятиях Оценить приоритеты эффективного слушания для говорящего и слушающего Материалы: листы бумаги маркер. Напишите на бумаге цветными маркерами основные понятия искусства слушать: Находиться рядом с говорящим; Узнавать мнение и позицию говорящего...
67068. Материки южного полушария 3.34 MB
  Цели и задачи: систематизировать и обобщить знания о материках южного полушария (общие географические закономерности, рельеф, климатические условия, гидроресурсы, растительный и животный мир, природные комплексы материков); применять имеющиеся знания в поисках решения проблемных ситуаций...