Описание экспериментальной установки

Установка для проверки принципа неопределённостей состоит из источника монохроматического излучения (гелий-неоновый лазер). Испускаемый гелий-неоновым лазером пучок света проходит через калиброванную щель

и падает на экран, в качестве которого используется лист миллиметровой бумаги.

Задание 1. Градуировка калибровочной щели.

Из-за несовершенства конструкции щели, число делений, отсчитываемых на её барабане, не связано линейно с шириной соответствующего отверстия. Градуировка щели производится с помощью микроскопа. Определите размер отверстия щели и зафиксируйте соответствующее число делений

барабана n. Полученные значения n и занесите в таблицу и затем градировочную кривую.

Задание 2. Проверка соотношения неопределённостей.

Используя салазки, на которых установлена калиброванная щель, добейтесь того, чтобы луч лазера прошел через её отверстие и попал на экран. Изменяя размер щели от 0,05 до 0,40 мм через каждые 0,03-0,05 мм произведите 10-15 измерений, которые заключаются в определении ширины 2D главного максимума дифракционной картины, полученной на экране (рис.3). Измерьте ширину главного максимума, как с помощью линейки, так и путём подсчёта числа делений миллиметровой бумаги, которая используется в качестве экрана. Для увеличения точности измерений установите калиброванную щель на расстоянии не менее 1,5 м от экрана. Ширину максимума определите по положению тёмных полос, окаймляющих максимум.

Результаты измерений и (половина ширины главного максимума) занесите в таблицу. Постройте график зависимости полуширины главного максимума D от размера щели .

Вычислите величину F по формуле , - длина волны излучаемого света, z-расстояние от щели до экрана. Убедитесь, что величина пропорциональная и практически не меняется при изменении .

Вопросы и упражнения.

1. В чём заключается физический смысл соотношения неопределённостей?

2. Какое максимальное пространственное разрешение может обеспечить поток нейтронов с энергией E=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 неопределённостей?

5.Используя соотношение неопределённостей, оцените:

a) энергию электрона в атоме водорода в основном состоянии;

b) энергию электронов в атоме гелия в основном состоянии;

c) энергию основного состояния квантового осциллятора.

6. Почему проверка соотношения неопределённостей при помощи лазерного излучения более надёжна, чем при работе с другими источниками света (например, газовой лампы).

Контрольные вопросы.

1. В чём суть корпускулярно-волнового дуализма свойств света? Запишите основные количественные соотношения, связывающие корпускулярные и волновые свойства микрочастиц вещества.

2. Что описывает формула Д-Бройля? Основные эксперименты, подтверждающие формулу Д-Бройля.

3. Какие ограничения в применении понятий классической механики вводятся к объектам микромира?

4. В чём сущность соотношения неопределённостей Гейзенберга?

5. Можно ли с любой заранее заданной точностью измерить координату и импульс микрочастицы?

6. На примере дифракции фотонов на щели поясните сущность соотношения неопределённостей.

7. Что даёт физику знание соотношения неопределённостей?

Литература.

1. Савельев И.В. Курс общей физики 1973г т.3 параграфы 18-20.

2. Дотлаф А.А. Яворский Б.М. Курс физики 1979г т.3 12.1, 12.4.

3. Гершензон Е.М. Малов Н.Н. Эткин В.С. Курс общей физики. Оптика и атомная физика 1981г глава 12.