Вимірювання та обробка результатів. Установка для перевірки принципу невизначеностей складається з джерела монохроматичного випромінювання (гелій-неоновий лазер)

Установка для перевірки принципу невизначеностей складається з джерела монохроматичного випромінювання (гелій-неоновий лазер), регульованої щілини та екрану, на якому спостерігається дифракційна картина.

1. За допомогою санчат, на яких встановлена щілина, необхідно домогтися того, щоб промінь лазера пройшов через її отвір і потрапив на екран. Змінюючи розмір (ширину) щілини Dх від 0,05 до 0,45 мм через кожні 0,05 мм, за допомогою лінійки і міліметрового паперу зробити 8-10 вимірювань ширини (2 D) головного максимуму дифракційної картини, отриманої на екрані (див. рис. 5.2). Для збільшення точності вимірювань щілину необхідно встановити на відстані не менш l =1 м від екрану. Ширину максимуму можна визначити по положенню дифракційних смуг, що огинають максимум.

2. Результати вимірювань ширини щілини D х та половини ширини головного максимуму D занести до таблиці 5.1

Таблиця 5.1. Результати вимірів

3. Побудувати графік залежності півширини головного максимуму D від ширини щілини Dх, пам’ятаючи, що Dх є невизначеність місцеположення фотонів у площині екрану, а D характеризує невизначеність їхнього імпульсу.

4. Розрахувати компоненту імпульсу фотона Р_х за допомогою формули (5.5). При цьому значення довжини хвилі λ прийняти як середнє значення для видимого світла (λ =633нм), а sin φ знайти з геометричного трикутника установки (tg φ , де l - відстань від щілини до екрану (див. рис. 5.2)).

5. Розрахувати невизначеність компоненти імпульсу DР_х за допомогою формули (5.6).

6. Порівняти значення DР_х та Р_х, зробити висновок щодо експериментального підтвердження співвідношення невизначеностей, використовуючи природнє припущення, що невизначеність (помилка при оцінці, похибка) деякої величини не може перебільшувати значення самої величини.

Контрольні питання

1. Розкрити зміст гіпотези де Бройля.

2. Вивести формули для довжини хвилі де Бройля, фазової і групової швидкостей.

3. Пояснити, чому частинку не можна представити у вигляді хвильового пакету, утвореного хвилями де Бройля.

4. Якими експериментами було доказано, що окремі мікрочастинки володіють хвильовими властивостями? Розкрити сутність цих експериментів.

5. Чому хвилі де Бройля варто розглядати як хвилі імовірності?

6. Сформулювати співвідношення Гейзенберга для координати та імпульсу частинки. Які важливі наслідки випливають з цього співвідношення?

7. Для яких ще фізичних величин можна сформулювати співвідношення невизначеностей і в чому полягає їх фізичний зміст?

8. За допомогою співвідношення Гейзенберга розрахувати радіус боровської орбіти електрона.

9. Показати, що у квантовій механіці втрачає сенс поняття траєкторії руху електронів по орбітах.

10. Розповісти, яким чином можна експериментально перевірити співвідношення невизначеностей на прикладі дифракції фотонів.

11. Чи можна провести такий експеримент, наприклад, з електронами? Що у цьому випадку повинна являти собою експериментальна установка?

Лабораторна робота №6

ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ РІДБЕРГА ДЛЯ АТОМА ВОДНЮ

Прилади i обладнання: пристрій для вивчення спектру атомів водню КФ-08, джерело живлення, генератор високовольтний, газорозрядна трубка з воднем.