Thí nghiệm vật lý khảo sát nhiễu xạ tia laser qua một khe hẹp nghiệm hệ thức bất định heisenberg

thí nghiệm vật lý khảo sát nhiễu xạ tia laser qua một khe hẹp nghiệm hệ thức bất định heisenberg Dụng cụ : 1. Nguồn phát tia laser bán dẫn (5mW- 4V) 2. Các khe hẹp có độ rộng 0,05-0,10-0,20mm và hộp bảo vệ có núm điều chỉnh 3. Cảm biến quang điện photodiode silicon 4. Bộ khuếch đại và chỉ thị c−ờng độ phổ nhiễu xạ 5. Th−ớc trắc vi, chính xác 0,01mm 6. ống che sáng dài 50 cm 7. Giá đỡ thí nghiệm . I . cơ sở lý thuyết 1. L−ỡng tính sóng-hạt của photon và hệ thức bất định Heisenberg Lịch sử nghiên cứu tính chất của ánh sáng đã thừa nhận : ánh sáng vừa có tính chất sóng (sóng điện-từ) vừa có tính chất hạt (photon), nói cách khác : ánh sáng có l−ỡng tính sóng-hạt. L−ỡng tính sóng-hạt của ánh sáng đã đ−ợc nêu lên trong thuyết l−ợng tử ánh sáng hay thuyết photon của Einstein (Anhstanh) : ánh sáng cấu tạo bởi vô số các photon. Mỗi photon có năng l−ợng W và động l−ợng p xác định liên hệ với tần số ν và b−ớc sóng λ của ánh sáng theo các hệ thức : W = h. ν ; p = h. c ν = h λ (1) với h = 6,625. 10-34J.s là hằng số Planck và c = 3.108 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không . Dựa trên cơ sở l−ỡng tính sóng-hạt của photon, De Broglie đã suy rộng tính chất này cho mọi vi hạt khác ( electron, proton, ....) : Mỗi vi hạt tự do có năng l−ợng và động l−ợng xác định ứng với một sóng phẳng đơn sắc có tần số và b−ớc sóng xác định.Năng l−ợng W và động l−ợng p của vi hạt liên hệ với tần số ν và b−ớc sóng λ của sóng phẳng đơn sắc theo hệ thức (1). Do l−ỡng tính sóng-hạt nên qui luật chuyển động của các vi hạt mang đặc điểm khác với qui luật chuyển động của hạt vĩ mô ( kích th−ớc lớn hơn nguyên tử ). Để hiểu điều này, ta hãy xét hiện t−ợng nhiễu xạ ánh sáng hay nhiễu xạ các photon ( H.1 ). Khi truyền qua khe hẹp có độ rộng b, các photon bị nhiễu xạ theo các ph−ơng ứng với các góc lệch ϕ khác nhau và truyền tới các vị trí khác nhau trên màn E đặt song song với mặt phẳng của khe b. Thực nghiệm chứng tỏ ảnh nhiễu xạ của chùm photon trên màn E trong tr−ờng hợp này gồm một số điểm sáng cách nhau bởi những điểm tối. Điểm sáng gọi là cực đại nhiễu xạ, còn điểm tối gọi là cực tiểu nhiễu xạ. Điểm sáng nằm ở chính giữa ảnh nhiễu xạ trên màn E gọi là cực đại nhiễu xạ giữa (hay cực đại nhiễu xạ trung tâm). Theo quan điểm sóng, sự phân bố c−ờng độ sáng trên màn E là kết quả của sự giao thoa các sóng sáng bị nhiễu xạ qua khe hẹp b : - Những cực tiểu nhiễu xạ ứng với vị trí tại đó các sóng sáng giao nhau dao động ng−ợc pha và đ−ợc xác định bởi điều kiện : b/.ksin λϕ ±= (2) với k = 1 2 3, , ,.... - Những cực đại nhiễu xạ ứng với vị trí tại đó các sóng sáng giao nhau dao động cùng pha và đ−ợc xác định bởi điều kiện : ( ) b2/.1k2sin λϕ +±= (3) với k = 1 2 3, , ,.... Riêng cực đại nhiễu xạ chính giữa O ứng với ϕ = 0 và có độ rộng giới hạn giữa hai cực tiểu nhiễu xạ bậc 1 ứng với giá trị b/sin 1 λϕ ±= . Theo quan điểm hạt, sự phân bố c−ờng độ sáng trên màn E là kết quả của sự phân bố mang tính xác suất đối với các photon bị nhiễu xạ qua khe hẹp b truyền tới đập vào màn E : - Những cực tiểu nhiễu xạ xác định theo điều kiện (2) ứng với vị trị tại đó mật độ xác suất tìm thấy photon có giá trị bằng không (tức là các photon không truyền tới đó ). - Những cực đại nhiễu xạ xác định theo điều kiện (3) ứng với vị trị tại đó mật độ xác suất tìm thấy photon có giá trị lớn nhất . x E b 0 L Hình 1 a ϕ p ′a Nếu chọn trục tọa độ Ox nằm trong mặt phẳng của khe hẹp b và h−ớng vuông góc với chiều dài khe hẹp, thì vị trí của photon khi truyền qua khe hẹp có toạ độ thay đổi trong khoảng 0 ≤ ≤x b , tức là có độ bất định : ∆x b≈ (4) còn động l−ợng p của photon sau khi bị nhiễu xạ qua khe hẹp sẽ thay đổi ph−ơng truyền nên hình chiếu của động l−ợng p trên trục Ox khi đó có thể thay đổi trong khoảng 0 ≤ ≤p px .sinϕ , tức là có độ bất định : ∆p px ≈ .sinϕ (5) Vì đa số photon rơi vào cực đại nhiễu xạ chính giữa trên màn E có độ rộng a đúng bằng khoảng cách giữa hai cực tiểu nhiễu xạ bậc 1 ứng với giá trị b/sin 1 λϕ ±= , nên độ bất định của hình chiếu px có thể coi gần đúng bằng : ∆p px ≈ .sinϕ1 (6) Kết hợp (4) với (6) và thay sinϕ λ1 = b , đồng thời chú ý đến (1), ta nhận đ−ợc : ∆x . ∆px ≈ h (7) Hệ thức (7) gọi là hệ thức bất định Heisenberg, nó cho biết vị trí và động l−ợng của photon không đ−ợc xác định đồng thời, nghĩa là vị trí của photon càng xác định ( ∆x càng nhỏ) thì động l−ợng của nó càng không xác định ( ∆px càng lớn) và ng−ợc lại . Trong thí nghiệm này, ta sẽ khảo sát sự phân bố c−ờng độ sáng trên ảnh nhiễu xạ qua khe hẹp của chùm photon trong chùm sáng laser, từ đó xác định vị trí các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ. Đồng thời, nghiệm lại hệ thức bất định Heisenberg bằng cách xác định giá trị của góc ϕ1 ứng với vị trí của cực tiểu thứ nhất. Từ hình 1, ta dễ dàng nhận thấy : tg a L ϕ 1 = (8) với a là khoảng cách từ đỉnh cực đại nhiễu xạ chính giữa đến cực tiểu nhiễu xạ bậc 1 và L là khoảng cách từ màn ảnh E đến mặt phẳng của khe hẹp b . Nếu thay (8) vào (6) và chú ý đến (1), ta có : ∆p h arctg a Lx ≈ ⋅      λ sin (9) Thay tiếp (4)(9) vào (7) và sau khi chia cho h, ta nhận đ−ợc : b arctg a Lλ ⋅       ≈sin 1 (10) Vì khó xác định chính xác vị trí của cực tiểu nhiễu xạ bậc 1, nên ng−ời ta th−ờng thay đo khoảng cách a bằng phép đo khoảng cách ′a tính từ đỉnh cực đại nhiễu xạ chính giữa đến đỉnh cực đại nhiễu xạ bậc 1 . Vị trí đỉnh cực đại nhiễu xạ bậc 1 ứng với góc lệch ′ϕ1 có thể xác định từ hình 1: tg a L ′ = ′ϕ 1 (11) hoặc từ điều kiện (3) : sin . ′ =ϕ λ1 3 2 b (12) Nh−ng vì ϕ1 và ′ϕ1 nhỏ, nên có thể tính a theo ′a theo cách sau : tg a L b tg a L b ′ ≈ ′ ⇒ ′ ≈ ≈ ⇒ ≈ ϕ ϕ λ ϕ ϕ λ 1 1 1 1 3 2 sin . sin suy ra : tg a L b a L ϕ λ1 2 3 = ≈ = ⋅ ′ (13) Khi đó hệ thức ( 10 ) đ−ợc viết lại thành : b arctg a Lλ ⋅ ⋅ ′      ≈sin 2 3 1 (14) Nh− vậy sau khi xác định đ−ợc độ rộng ′a và khoảng cách L, ta có thể nghiệm lại hệ thức bất định Heisenberg gián tiếp thông qua hệ thức (14), nếu biết độ rộng b của khe hẹp và b−ớc sóng λ của chùm laser . 2. Sơ l−ợc về nguồn sáng laser : Laser là các bức xạ điện từ có độ đơn sắc cao, có c−ờng độ lớn, có tính kết hợp và định h−ớng cao (chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh "Light Amplification by Stimulated Emisson of Radiation" nghĩa là "Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cảm ứng") Khi chiếu bức xạ điện từ đơn sắc có tần số v vào một chất, electron hoá trị của các nguyên tử ở mức năng l−ợng cơ bản E1 hấp thụ bức xạ và chuyển lên mức năng l−ợng kích thích E2 cao hơn ( E2 > E1 ). Nh−ng các electron chỉ tồn tại ở mức năng l−ợng bị kích thích E2 trong khoảng thời gian ngắn (cỡ 10-3 s ữ 10-8 s ) - gọi là thời gian sống τ , sau đó chúng lại chuyển về mức năng l−ợng cơ bản E1 và phát xạ bức xạ ( H. 2). E2 hấp thụ phát xạ E1 Hình 2 DL Sự chuyển mức năng l−ợng khi hấp thụ hoặc phát xạđều tuân theo hệ thức Einstein : ε ν= = −h E E. 2 1 (15) với h = 6,625.10-34 J.s là hằng số Planck và ε = h v là photon của bức xạ điện từ . Nh− vậy, nếu số electron ở mức năng l−ợng cơ bản E1 càng nhiều thì khả năng để nguyên tử hấp thụ bức xạ càng lớn; còn nếu số electron ở mức năng l−ợng kích thích E2 càng nhiều thì khả năng để nguyên tử phát xạ càng lớn. Nói cách khác là : xác suất xảy ra hấp thụ tỷ lệ với mật độ N1 của electron ở mức năng l−ợng cơ bản E1 và xác suất xảy ra phát xạ tỷ lệ với mật độ N2 của electron ở mức năng l−ợng kích thích E2 . Thông th−ờng, mật độ electron N2 < N1 , nên xác suất xảy ra phát xạ nhỏ hơn xác suất xảy ra hấp thụ . Trong điều kiện này , quá trình phát xạ không có tính kết hợp và đ−ợc gọi là phát xạ tự phát , trong đó các bức xạ tự phát hoàn toàn độc lập với nhau, không có liên hệ về pha và h−ớng. Nh−ng, nếu bằng cách nào đó tạo ra đ−ợc mật độ electron N2 > N1, thì xác suất xảy ra phát xạ lớn hơn xác suất xảy ra hấp thụ. Khi đó quá trình phát xạ có tính kết hợp và đ−ợc gọi là phát xạ cảm ứng, trong đó các bức xạ cảm ứng có cùng tần số, cùng pha, cùng h−ớng và cùng độ phân cực với bức xạ kích thích. Nh− vậy, điều kiện cần để có thể xảy ra phát xạ cảm ứng là có sự đảo mật độ hạt, nghĩa là mật độ nguyên tử ở trạng thái năng l−ợng bị kích thích phải lớn hơn mật độ nguyên tử ở trạng thái năng l−ợng cơ bản. Môi tr−ờng chất ở trạng thái có sự đảo mật độ hạt đ−ợc gọi là môi tr−ờng kích hoạt. Có thể tạo ra sự đảo mật độ hạt trong môi tr−ờng kích hoạt nhờ ph−ơng pháp kích thích kiểu "bơm điện" (phóng điện qua môi tr−ờng kích hoạt), hoặc kiểu "bơm quang" (dùng nguồn sáng thích hợp có c−ờng độ mạnh chiếu vào môi tr−ờng kích hoạt ) theo nguyên tắc sau (H. 3) : Giả sử hai mức năng l−ợng E1 , E2 (với E2 > E1 ) có mật độ nguyên tử t−ơng ứng là N1 ,N2 và lúc đầu N1 > N2 . Chiếu bức xạ kích thích có tần số v thoả mãn hệ thức (15) vào môi tr−ờng chất, một số nguyên tử đ−ợc "bơm" từ mức E1 lên mức E2, nên N1 giảm và N2 tăng. Nh−ng khi N2 tăng, xác suất xảy ra phát xạ (nghĩa là quá trình nguyên tử chuyển từ mức E2 về mức E1) cũng tăng lên. Do đó, N2 lại giảm và N1 tăng. Kết quả là không thể đạt tới trạng thái đảo mật độ hạt trong môi tr−ờng kích hoạt. Để tạo ra trạng thái đảo mật độ hạt, ng−ời ta dùng môi tr−ờng kích hoạt trong đó nguyên tử có ba (hoặc bốn) mức năng l−ợng E1 , E2 , E3 sao cho thời gian sống τ 3 của nguyên tử ở mức E3 rất nhỏ so với thời gian sống τ 2 ở mức E2 . Bằng ph−ơng pháp "bơm" sao cho các nguyên tử bị kích thích sẽ chuyển từ mức E1 lên mức E3 . Vì τ 3 < τ 2 , nên các nguyên tử ở mức E3 nhanh chóng chuyển về mức E2 để tạo ra trạng thái đảo mật độ hạt N2 > N1 và dẫn tới hiện t−ợng phát xạ cảm ứng . Hiện nay có nhiều loại nguồn phát laser, trong đó môi tr−ờng kích hoạt có thể là chất khí, lỏng, rắn, bán dẫn. Laser khí He-Ne sử dụng chất kích hoạt là hỗn hợp khí Heli (90%) và khí Neon (10%) ở áp suất thấp. Laser hồng ngọc sử dụng chất kích hoạt là thanh hồng ngọc Rubi ( tinh thể Al203 ) có pha ion Cr+3 với tỷ lệ 0,05% . Trong thí nghiệm này, ta dùng diode laser - th−ờng gọi là laser bán dẫn. Cho một dòng điện một chiều có c−ờng độ thích hợp chạy qua lớp tiếp xúc p-n tạo ra từ chất bán dẫn cơ bản GaAs, tia laser hồng ngoại sẽ đ−ợc phát ra do quá trình tái hợp p-n. Đây là quá trình biến đổi trực tiếp khá hiệu quả từ điện năng thành quang năng laser. Nguyên tắc tạo ra trạng thái đảo mật độ trong diode laser nh− sau : Các electron trong vùng hoá trị nhờ một quá trình "bơm" (điện hoặc quang) sẽ chuyển lên vùng dẫn. Kết quả là giữa các mức năng l−ợng thấp của vùng dẫn và các mức năng l−ợng cao của vùng hoá trị có hiện t−ợng đảo mật độ electron : đó là trạng thái không cân bằng và nó chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn 10-13 s đủ để gây ra hiệuứng laser . II. Trình tự thí nghiệm 1. Bộ thiết bị khảo sát nhiễu xạ của tia laser Bộ thiết bị gồm một diode laser DL (3,8V-5 mW) phát ra chùm tia laser màu đỏ chiếu vuông góc vào mặt phẳng của khe hẹp (dùng khe hẹp có độ rộng b = 0,10 mm). Chùm tia laser bị nhiễu xạ truyền qua khe hẹp và cho ảnh nhiễu xạ trên màn E. Để khảo sát vị trí các cực đại nhiễu xạ và sự phân bố c−ờng độ sáng của chúng, ta dùng một cảm biến quang điện silicon QĐ có thể di chuyển đ−ợc nhờ một th−ớc panme P gắn liền với nó trên mặt của màn ảnh E (bằng kim loại) đặt thẳng đứng . E3 E2 E1 Hình 3 E K1 b àA P QĐ R "0" 1 10 100 B K C + - G KĐ Hình 4 Toàn bộ thiết bị đặt trên giá quang học G. Tín hiệu laser rọi vào cảm biến quang điện QĐ đ−ợc đ−a vào bộ khuếch đại và chỉ thị phổ nhiễu xạ KĐ bằng một chốt cắm nhiều đầu C . 2. Tìm ảnh nhiễu xạ của chùm tia laser qua cách tử phẳng : a. Cắm phích lấy điện của nguồn diode laser DL vào nguồn điện xoay chiều ~220V. Bật côngtắc K1 của diode laser DL, ta nhận đ−ợc chùm tia laser màu đỏ . Vặn cán th−ớc panme P để số đo của nó ở vị trí khoảng 12mm. Vặn nhẹ các vít hãm thích hợp trên hệ thống giá đỡ G để : - Đặt hộp bảo vệ khe hẹp ở vị trí nằm nghiêng, không chắn chùm tia laser . - Điều chỉnh vị trí của diode laser DL sao cho cửa sổ của nó nằm ở cùng độ cao với khe hở của mặt cảm biến quang điện QĐ (đo bằng th−ớc milimét ) và chùm tia laser chiếu đúng vào giữa khe hở của cảm biến quang điện QĐ . b. Thực hiện "chuẩn trực" hệ quang học : - Đặt bàn tr−ợt B cách diode laser DL khoảng 10cm. Điều chỉnh vị trí của khe hẹp trong mặt phẳng thẳng đứng để vệt sáng của chùm tia laser rọi vuông góc vào giữa mặt khe hẹp. Khi đó chùm tia laser phản xạ trên mép khe hẹp sẽ cho ảnh trùng đúng với cửa sổ của diode laser DL . - áp sát một cạnh của bàn tr−ợt B với cạnh của giá đỡ G và dịch chuyển từ từ bàn tr−ợt B ra xa dần diode laser DL tới gần sát cảm biến quang điện QĐ, đồng thời quan sát vị trí vệt sáng của chùm tia laser trên mặt khe hẹp. Nếu vệt sáng này bị lệch dần về một phía (bên phải hoặc bên trái, lên cao hoặc xuống thấp), thì cần phải vặn lỏng vít hãm diode laser DL và xoay nhẹ nó về phía ng−ợc lại để điều chỉnh sao cho khi tiếp tục dịch chuyển bàn tr−ợt B lại gần hoặc ra xa diode laser DL dọc theo giá đỡ G mà vệt sáng của chùm tia laser vẫn giữ nguyên vị trí của nó trên mặt khe hẹp và ảnh nhiễu xạ (gồm một số cực đại sáng) hiện rõ trên mặt cảm biến quang điện QĐ . - Sau đó, dịch chuyển bàn tr−ợt B tới vị trí sao cho mặt khe hẹp nằm cách mặt cảm biến quang điện QĐ một khoảng L = 500mm (đọc trên mặt bàn tr−ợt B và trên th−ớc thẳng milimét T bằng kim loại gắn với mặt của giá đỡ G). Giữ cố định khoảng cách này trong suốt quá trình thực hiện phép đo . 3. Điều chỉnh bộ khuếch đại và chỉ thị phổ nhiễu xạ KĐ : a. Cắm phích lấy điện của bộ khuếch đại và chỉ thị phổ nhiễu xạ KĐ vào nguồn ~220V. Đặt núm chọn thang đo của micrôampekế điện tử àA ở vị trí 10 và vặn núm biến trở R của nó về vị trí tận cùng bên phải. Bấm khoá đóng điện K trên mặt của bộ khuếch đại KĐ. Chờ khoảng 5 phút để bộ khuếch đại KĐ ổn định và tiến hành kiểm tra số 0 của micrôampekế àA bằng cách : che sáng hoàn toàn khe hở của cảm biến quang điện QĐ, nếu kim của micrôampekế àA lệch khỏi số 0 thì phải vặn từ từ núm "qui 0" để điều chỉnh cho kim chỉ thị của nó quay về đúng số 0 . b. Vặn từ từ cán của panme P sao cho cực đại sáng giữa (có c−ờng độ sáng lớn nhất) của ảnh nhiễu xạ lọt vào đúng giữa khe hở của cảm biến quang điện QĐ . Khi đó kim của micrôampekế àA lệch mạnh nhất. Vặn núm xoay của biến trở R của bộ khuếch đại KĐ ng−ợc chiều kim đồng hồ sao cho kim của micrôampekế àA lệch tới vạch 80 hoặc 90. (Nếu không đạt đ−ợc độ lệch này, ta phải vặn núm chuyển mạch thang đo của micrôampekế sang vị trí 1 ứng với độ nhạy lớn nhất cuả nó). 4. Khảo sát sự phân bố c−ờng độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser : Vì c−ờng độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser tỷ lệ với c−ờng độ I của dòng quang điện trên micrôanpekế à A , nên ta có thể khảo sát sự phân bố c−ờng độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser trên màn E bằng cách khảo sát sự biến thiên c−ờng độ I của dòng quang điện phụ thuộc vào vị trí x của các cực đại chính trong ảnh nhiễu xạ . Muốn vậy, ta vặn từ từ panme P để dịch chuyển khe hở của cảm biến quang điện QĐ trong khoảng từ vị trí gần phía bên trái của đỉnh cực đại nhiễu xạ chính giữa đến vị trí gần phía bên phải của đỉnh cực đại nhiễu xạ bậc 1 trong ảnh nhiễu xạ trên màn E . Mỗi lần chỉ dịch chuyển một khoảng nhỏ bằng 0,05mm. Đọc và ghi giá trị c−ờng độ I của dòng quang điện trên micrôanpekế à A t−ơng ứng mỗi vị trí x trên panme P vào bảng 1. Căn cứ vào các số liệu này, vẽ đồ thị I = f ( x ) . Cần chú ý các điểm sau đây để thực hiện tốt phép đo : a. Để xác định đúng vị trí đỉnh của các cực đại nhiễu xạ, ta phải kiểm tra c−ờng độ I của dòng quang điện bằng cách dịch chuyển panme P từng 0,01mm tại những vị trí nằm lân cận về hai phía các đỉnh cực đại nhiễu xạ này . b. Khi quay cán trục vít của th−ớc panme đúng một vòng thì mép của du xích tròn trên panme dịch chuyển ngang một đoạn đúng bằng 0,50mm dọc theo vạch chuẩn ngang của một th−ớc kép thẳng hình trụ bao ngoài trục vít. Du xích tròn có 50 độ chia bằng nhau, nên mỗi độ chia của nó bằng 0 50 50 0 01, ,mm mm= . Giá trị này gọi là độ chính xác của panme. Th−ớc kép thẳng của panme gồm hai th−ớc milimét khắc ở hai bên vạch chuẩn ngang và có các độ chia lệch nhau từng 0,50 mm. Nh− vậy vị trí x bất kỳ của trục vít panme đ−ợc xác định theo công thức : - Nếu du xích tròn nằm bên phải gần sát vạch chia của th−ớc milimét phía trên thì : x = N + 0,01.n ( mm ) - Nếu du xích tròn nằm bên phải gần sát vạch chia của th−ớc milimét phía d−ới thì : x = N + 0,50 + 0,01.n ( mm ) trong đó N là số milinét, còn n là số thứ tự của vạch chia trên du xích tròn nằm trùng với vạch chuẩn ngang của th−ớc kép thẳng trên panme . 5. Nghiệm hệ thức bất định Heisenberg : a. Căn cứ vào các số liệu trong bảng 1 ( khi dùng khe hẹp có độ rộng b = 0,10 mm ) kết hựop với đồ thị I = f ( x ) để xác định khoảng cách ′a tính từ đỉnh cực đại nhiễu xạ chính giữa đến đỉnh cực đại nhiễu xạ bậc 1. Ghi giá trị của ′a vào bảng 2 . b. Dịch chuyển nhẹ núm điều chỉnh ở mặt bên của hộp bảo vệ khe hẹp để lần l−ợt thay thế khe hẹp b mm= 0 10, bằng các khe hẹp khác có độ rộng b mm= 0 05, và b mm= 0 20, . Với mỗi khe hẹp có độ rộng nói trên, thực hiện phép đo khoảng cách ′a trong ảnh nhiễu xạ ( không cần khảo sát sự phân bố c−ờng độ sáng ) trên màn E . Ghi giá trị của ′a t−ơng ứng với mỗi khe hẹp vào bảng 2 . c. Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 2 : - B−ớc sóng λ của chùm tia laser . - Khoảng cách L từ màn ảnh E (mặt cảm biến quang điện QĐ ) đến mặt khe hẹp . - Độ chính xác của th−ớc panme dùng đo khoảng cách ′a . - Độ chính xác của th−ớc th−ớc thẳng milimét dùng đo khoảng cách L . III. Câu hỏi kiểm tra 1. Phát biểu thuyết photon của Einstein về bản chất của ánh sáng . 2. Phát biểu giả thuyết của De Broglie về l−õng tính sóng -hạt của các vi hạt . 3. Định nghĩa hiện t−ợng nhiễu xạ photon (nhiễu xạ ánh sáng) truyền qua một khe hẹp và mô tả ảnh nhiễu xạ thu đ−ợc trên màn E đặt song song với mặt khe hẹp . 4. Giải thich định tính kết quả của hiện t−ợng nhiễu xạ photon theo quan điểm sóng và quan điểm hạt . 5. Thiết lập hệ thức bất định Heisenberg đối với photon. Nêu rõ ý nghĩa vật lý của hệ thức này . 6. Định nghĩa laser . Nêu nguyên tắc tạo ra trạng tháiđảo mật độ hạt. Phân biệt sự phát xạ tự phát và sự phát xạ cảm ứng của các nguyên tử . Mô tả nguyên tắc hoạt độn của diode laser . 7. Mô tả thiết bị thí nghiệm và ph−ơng pháp khảo sát sự phân bố c−ờng độ sáng trong ảnh nhiễu xạ của chùm photon. Báo cáo thí nghiệm Khảo sát nhiễu xạ tia laser qua khe hẹp Nghiệm hệ thức bất định heisenberg Xác nhận của thày giáo Tr−ờng Đại học Bách khoa Hànội Lớp ...................Tổ ..................... Họ tên ......................................... I. Mục đích thí nghiệm ......................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................... II. kết quả thí nghiệm 1. Khảo sát sự phân bố c−ờng độ sáng trên ảnh nhiễu xạ của chùm laser : Bảng 1 - Độ rộng của khe hẹp : b = ..........................(mm) - B−ớc sóng của chùm tia laser : λ = ......................... ( )àm - Khoảng cách từ màn E đến mặt khe hẹp : L = ..............( mm ) - Độ chính xác của th−ớc panme : ............................... ..... - Độ chính xác của th−ớc th−ớc milimét : ............................... x (mm) I ( )àA x (mm) I ( )àA x (mm) I ( )àA x (mm) I ( )àA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vẽ đồ thị I = f ( x ) 2. Nghiệm hệ thức bất định Heisenberg : Bảng 2 - B−ớc sóng của chùm tia laser : λ = ......................... ( )àm - Khoảng cách từ màn E đến mặt khe hẹp : L = ..............( mm ) - Độ chính xác của th−ớc panme : ............................... ..... - Độ chính xác của th−ớc th−ớc milimét ............................... b (mm) ′a (mm) b arctg a Lλ ⋅ ′     sin 2 3 0,10 0,05 0,20 So sánh kết quả tính biểu thức b arctg a Lλ ⋅ ′     sin 2 3 trong bảng 2 với hệ thức ( 14 ). Từ đó kết luận : Hệ thức Heisenberg ............................................... ( đ−ợc nghiệm đúng hoặc không nghiệm đúng )