Хід лабораторного заняття:

I. Організаційна частина

II. Підготовка до основного етапу заняття

Перевірка готовності студентів до виконання лабораторної роботи, шляхом допуску студентів до роботи.

ІІІ. Актуалізація опорних знань

ІV. Лабораторна робота

ПРИКЛАД ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

Перевірка співвідношень невизначеностей для фотонів

Мета роботи: засвоєння принципу невизначеностей та експериментальна перевірка співвідношення

Прилади і матеріали: оптична лава, лазер, щілина з мікрометричним гвинтом, екран з міліметровим папером, рулетка.

Завдання:

А) при домашній підготовці:

- користуючись рекомендованою літературою, вивчити питання стосовно співвідношень невизначеностей Гейзенберга;

- з фізичного практикуму записати теоретичні відомості;

Б) при виконанні роботи:

-перевірити співвідношення с ;

-побудувати графік залежності D від ∆х;

- визначити сталу у законі Стефана-Больцмана;

- виконати аналіз одержаних результатів, оформити звіт і подати його викладачеві для перевірки;

Теоретичні відомості та опис установки

Одним із фундаментальних положень квантової теорії є принцип невизначеностей, який стверджує що не існують такі стани фізичної системи, в яких дві канонічно спряжені динамічні змінні мають одночасно цілком певні значення.

У квантовій механіці має місце корпускулярно-хвильовий дуалізм – кожній мікрочастинкі приписується певна хвиля, довжина якої визначається з формули де Бройля:

,

де р – імпульс частинки. Тоді визначення місця знаходження мікрочастинки у будь-який момент часу втрачає фізичний зміст, оскільки хвиля, як протяжний об’єкт, не може бути зосереджена в одній точці з певною координатою. У 1927р. В. Гейзенберг показав, що між невизначеністю координати ∆х і невизначеністю проекції імпульса на вісь х існує співвідношення:

Із рисунка слідує, що .Тобто, маємо .

Якщо враховувати, що частина фотонів відхиляється від вісі у і на більші кути, ніж φ, утворюючи максимуми вищих порядків, то невизначеність буде ще більшою.Тоді останнє співвідношення набуває вигляду

(8.1)

З останньої невизначеності слідує: при звуженні щілини зростає невизначеність , що призводить до розширення дифракційного максимума, до збільшення D, і, навпаки, збільшення ∆х викликає зменшення D. Тому вираз (8.1) можна записати так:

Це і є робоча формула.

Послідовність виконання роботи

1. На оптичній лаві розташувати гелій неоновий лазер і щілину. Екран розмістити на відстані 2-3м від щілини.

2. Змінювати ширинущілини чере 0,02-0,04мм і для кожного значення ширини вимірювати на екрані за допомогою міліметрового паперу ширину 2D центрального дифракційного максимуму. Вимірювання провести тричі, спочатку розкриваючи щілину, а потім зменшуючи її ширину. Для кожного значення ∆х усереднити D.

3. Побудувати графік залежності D від ∆х і проаналізувати його.

4. Дії пунктів 2 і 3 виконати при відстанях L, рівних 2, 2,5 і 3м, результати проаналізувати.

5. Переконатися, що при різних L добуток дорівнює добутку .

Завдання для самоконтролю:

1. Які співвідношення невизначеностей вам відомі?

2. Який фізичний зміст співвідношень невизначеностей?

3. Які фізичні явища знаходять своє пояснення на основі співвідношень невизначеностей?

4. Чому для виконання даної роботи доцільно використовувати лазер?

5. Світло якої довжини хвилі випромінює гелій-неоновий лазер?

6. На основі співідношення невизначеностей оцініть енергію електрона в атомі водню в основному стані. Порівняйте її з тим, що дає теорія Бора.

7. З якою точністю вимірюється ширина щілини у даній роботі?

8. Чому у даній роботі обмежуються вимірюванням ширини лише центрального максимума?

9. Яким світлом при виконанні цієї роботи червоним чи синім – слід освітлювати щілину, щоб одержати точніші результати?

10. Запишіть формулу для визначення довжини хвилі де Бройля.