50190

Експериментальна перевірка співвідношення невизначеностей Гейзенберга для фотонів

Лабораторная работа

Физика

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: . 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

44800. Хромосомная теория наследственности. Основные законы наследования признаков 39 KB
  Для выявления закономерности наследования признаков им был разработан гибридологический метод особенностями которого являются: исследование одной пары альтернативных признаков по которым отличались родительские особи; точный количественный учет признаков в каждом поколении и статистическая обработка данных; использование чистых линий для получения гибридов. При скрещивании гомозиготных особей анализируемых по одной паре альтернативных признаков первое поколение единообразно по своим генотипам и фенотипам. При скрещивании...
44801. Земная кора 20.22 KB
  Мантия Земли Мантия это силикатная оболочка Земли сложенная преимущественно перидотитами породами состоящими из силикатов магния железа кальция и др. Мантия составляет 67 всей массы Земли и около 83 всего объёма Земли. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены и число прямых данных весьма невелико можно уверенно утверждать что её состав со времён формирования Земли изменился значительно меньше чем верхней мантии породившей земную кору.
44802. Атмосфера 36.5 KB
  Нижний наиболее плотный слой воздуха тропосфера ее высота 10 15 км. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум около 0 С Выше стратосферы примерно до высоты 80 км простирается мезосфера в которой температура воздуха с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха основные области ионосферы лежат внутри термосферы. Далее до 10 000 км простирается экзосфера где плотность воздуха с...
44803. География населения. Демографические показатели регионов мира 15.99 KB
  Демографические показатели регионов мира География населения изучает численность структуру и размещение населения рассматриваемого в процессе общественного воспроизводства и взаимодействия с окружающей природной средой. Под воспроизводством населения понимают совокупность процессов рождаемости смертности и естественного прироста которые обеспечивают беспрерывное возобновление и смену людских поколений. Для первого типа характерны относительно невысокие показатели рождаемости смертности и естественного прироста для экономически развитых...
44804. Правило минимума Либиха. Закон оптимума. Закон толерантности Шелфорда 38 KB
  Закон оптимума. Закон толерантности Шелфорда. Закон минимума Либиха закон открытый. Либихом 1840 согласно которому относительное действие отдельного экологического фактора тем сильнее чем больше он находится по сравнению с другими факторами в минимуме; по данному закону от вещества концентрация которого лежит в минимуме зависят рост растений величина и устойчивость их урожайности.
44805. Понятие популяции. Структура и динамика популяций 41 KB
  Свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство Основные характеристики популяций: 1 численность– общее количество особей на выделяемой территории; 2 плотность популяции – среднее число особей на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства; плотность популяции можно выражать также через массу членов популяции в единице пространства; 3 рождаемость– число новых особей появившихся за единицу времени в результате размножения; 4 смертность – показатель отражающий количество погибших в популяции особей за...
44806. Потоки вещества и энергии в биологических сообществах. Продуценты, консументы, редуценты. Трофические цепи и трофические сети. Пирамиды численности и биомассы в сообществах 37.5 KB
  Энергия основа работы экосистемы основной источник энергии Солнце. Поток солнечной энергии протекает через фототрофные экосистем при передаче в пищевых трофических цепях происходит рассеивание в виде тепла Пищевая цепь сеть – последовательность организмов где каждый предыдущий пища для последующего. Из всей поступающей солнечной энергии растениями усваивается только 2 остальное расходуется на транспирацию отражается листьями идет на нагревание воздуха воды и почвы.
44807. Продуктивность экосистем. Первичная и вторичная продукция 18.66 KB
  Пример экосистемы пруд с обитающими в нём растениями рыбами беспозвоночными животными микроорганизмами составляющими живую компоненту системы биоценоз. Все живые компоненты экосистемы – продуценты консументы редуценты составляют общую биомассу живой вес. Для экосистемы океана пирамида биомассы имеет перевернутый вид т. Знание энергетики экосистемы и количественных ее показателей позволяют точно учесть возможность изъятия из природной экосистемы того или иного количества растительной и животной биомассы без подрыва ее эффективности.