Nhiễm xạ tia laser qua một khe hẹp

Thí nghiệm vật lý: khảo sát sự nhiễm 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

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 cường độ phổ nhiễu xạ

5 Thước trắc vi, chính xác 0,01mm

6 ống che sáng dài 50 cm

7 Giá đỡ thí nghiệm

I cơ sở lý thuyết

1 Lưỡng 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 lưỡng tính sóng-hạt Lưỡng

tính sóng-hạt của ánh sáng đã được nêu lên

trong thuyết lượng tử ánh sáng hay thuyết photon

của Einstein (Anhstanh) :

ánh sáng cấu tạo bởi vô số các photon Mỗi

photon có năng lượng W và động lượng p xác

định liên hệ với tần số ν và bước sóng λcủa

ánh sáng theo các hệ thức :

W = h ν ; p = h c

ν =

h

λ (1)

với h = 6,625 10 -34 J.s là hằng số Planck và

c = 3.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân

không

Dựa trên cơ sở lưỡng 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 lượng và động lượng

xác định ứng với một sóng phẳng đơn sắc có tần số

và bước sóng xác định.Năng lượng W và động

lượng p của vi hạt liên hệ với tần số ν và bước

sóng λcủa sóng phẳng đơn sắc theo hệ thức (1)

Do lưỡng 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 thước lớn hơn

nguyên tử ) Để hiểu điều này, ta hãy xét hiện tượng

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 phương 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 trường 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 cường 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 ngược pha

và được xác định bởi điều kiện : sin ϕ = ± k λ / b (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

được xác định bởi điều kiện : sin ϕ = ± ( 2 k + 1 ) . λ / 2 b (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 sin ϕ1 = ± λ / b

Theo quan điểm hạt, sự phân bố cường 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 hướng 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 lượng p của photon sau khi bị nhiễu

xạ qua khe hẹp sẽ thay đổi phương truyền nên

hình chiếu của động lượng p trên trục Ox khi đó

có thể thay đổi trong khoảng 0 ≤ px ≤ p sinϕ,

tức là có độ bất định :

∆px ≈ p sin ϕ (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 sin ϕ1 = ± λ / b, nên độ bất định

của hình chiếu px có thể coi gần đúng bằng :

∆px ≈ p sinϕ1 (6)

Kết hợp (4) với (6) và thay sinϕ1 = λ

b, đồng

thời chú ý đến (1), ta nhận được :

∆x ∆px ≈ h (7)

Hệ thức (7) gọi là hệ thức bất định

Heisenberg, nó cho biết vị trí và động lượng của

photon không được xác định đồng thời, nghĩa là

vị trí của photon càng xác định (∆x càng nhỏ)

thì động lượng của nó càng không xác định

(∆pxcàng lớn) và ngược lại

Trong thí nghiệm này, ta sẽ khảo sát sự phân

bố cường 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

ϕ1 = (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

L

λ sin (9)

Thay tiếp (4)(9) vào (7) và sau khi chia cho h,

ta nhận được :

b

arctg a L

λ ⋅







sin 1 (10)

Vì khó xác định chính xác vị trí của cực tiểu nhiễu xạ bậc 1, nên người ta thường 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

′ = ′

ϕ1 (11) hoặc từ điều kiện (3) : sin

.

′ =

ϕ1 λ

3

2 b (12)

Nhưng vì ϕ1 và ϕ1′ nhỏ, nên có thể tính a

theo a ′ theo cách sau :

′ ≈ ′ ⇒ ′ ≈

3 2

sin

sin

suy ra :

tg a

a L

3

= ≈ = ⋅ ′ (13) Khi đó hệ thức ( 10 ) được viết lại thành :

b

L







3 1 (14)

Như vậy sau khi xác định được 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 bước

sóng λ của chùm laser

2 Sơ lược về nguồn sáng laser :

Laser là các bức xạ điện từ có độ đơn sắc cao, có cường

độ lớn, có tính kết hợp và định hướng 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 lượng cơ bản

E1 hấp thụ bức xạ và chuyển lên mức năng lượng kích thích E2 cao hơn ( E 2 > E1 ) Nhưng các electron chỉ tồn tại ở mức

năng lượng bị kích thích E 2 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 lượng cơ bản E 1 và phát xạ bức xạ

( H 2)

E 2

hấp thụ phát xạ

E 1

Hình 2

Sự chuyển mức năng lượng khi hấp thụ hoặc phát xạđều

tuân theo hệ thức Einstein :

ε = h ν = E2 ư E1 (15)

với h = 6,625.10 -34 J.s là hằng số Planck và ε= hv là

photon của bức xạ điện từ

Như vậy, nếu số electron ở mức năng lượng cơ bản E 1

càng nhiều thì khả năng để nguyên tử hấp thụ bức xạ càng

lớn; còn nếu số electron ở mức năng lượng kích thích E 2

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 N 1

của electron ở mức năng lượng cơ bản E 1 và xác suất xảy

ra phát xạ tỷ lệ với mật độ N 2 của electron ở mức năng

lượng kích thích E 2

Thông thường, mật độ electron N 2 < 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 được

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 hướng

Nhưng, nếu bằng cách nào đó tạo ra được 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 được gọi

là phát xạ cảm ứng, trong đó các bức xạ cảm ứng có cùng

tần số, cùng pha, cùng hướng và cùng độ phân cực với bức

xạ kích thích Như 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 lượng bị kích thích phải lớn hơn mật độ

nguyên tử ở trạng thái năng lượng cơ bản Môi trường chất ở

trạng thái có sự đảo mật độ hạt được gọi là môi trường kích

hoạt Có thể tạo ra sự đảo mật độ hạt trong môi trường kích

hoạt nhờ phương pháp kích thích kiểu "bơm điện" (phóng

điện qua môi trường kích hoạt), hoặc kiểu "bơm quang"

(dùng nguồn sáng thích hợp có cường độ mạnh chiếu vào

môi trường kích hoạt ) theo nguyên tắc sau (H 3) :

Giả sử hai mức năng lượng E 1 , E2 (với E 2 > E1 ) có mật

độ nguyên tử tương ứng là N 1 ,N 2 và lúc đầu N 1 > N 2 Chiếu

bức xạ kích thích có tần sốv thoả mãn hệ thức (15) vào môi

trường chất, một số nguyên tử được "bơm" từ mức E 1 lên

mức E 2 , nên N 1 giảm và N2 tăng Nhưng khi N 2 tăng, xác

suất xảy ra phát xạ (nghĩa là quá trình nguyên tử chuyển từ

mức E 2 về mức E 1 ) cũng tăng lên Do đó, N 2 lại giảm và N 1

tăng Kết quả là không thể đạt tới trạng thái đảo mật độ hạt

trong môi trường kích hoạt Để tạo ra trạng thái đảo mật độ

hạt, người ta dùng môi trường kích hoạt trong đó nguyên tử

có ba (hoặc bốn) mức năng lượng E 1 , E2 , E3 sao cho thời

gian sống τ3của nguyên tử ở mức E3 rất nhỏ so với thời

gian sống τ2ở mức E 2 Bằng phương pháp "bơm" sao cho

các nguyên tử bị kích thích sẽ chuyển từ mức E 1 lên mức E 3

Vì τ3< τ2, nên các nguyên tử ở mức E 3 nhanh chóng

chuyển về mức E 2 để tạo ra trạng thái đảo mật độ hạt N2 >

N 1 và dẫn tới hiện tượng phát xạ cảm ứng Hiện nay có nhiều loại nguồn phát laser, trong đó môi

trường 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 - thường gọi là laser bán dẫn Cho một dòng điện một chiều có cường độ

thích hợp chạy qua lớp tiếp xúc p-n tạo ra từ chất bán dẫn cơ bản GaAs, tia laser hồng ngoại sẽ được 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 như 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 lượng thấp của vùng dẫn và các mức năng lượng cao của vùng hoá trị có hiện tượng 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 cường

độ sáng của chúng, ta dùng một cảm biến quang

điện silicon QĐ có thể di chuyển được nhờ một thước panme P gắn liền với nó trên mặt của màn

ảnh E (bằng kim loại) đặt thẳng đứng

E 3

E 2

E 1

Hình 3

E

K1 b à A

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 được đưa 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 được

chùm tia laser màu đỏ

Vặn cán thước 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 thước

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 trượt 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 trượt B với cạnh

của giá đỡ G và dịch chuyển từ từ bàn trượt 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 ngược lại để điều chỉnh sao cho khi tiếp tục

dịch chuyển bàn trượt 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 trượt 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 trượt B và trên thước 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 tửà A

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 micrôampekếà A bằng cách : che sáng hoàn toàn khe hở của cảm biến quang điện QĐ, nếu kim của micrôampekếà Alệch 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 cường độ sáng lớn nhất) của

ảnh nhiễu xạ lọt vào đúng giữa khe hở của cảm biến quang điện QĐ Khi đó kim của micrôampekếà Alệch mạnh nhất Vặn núm xoay của biến trở R của bộ khuếch đại KĐ ngược chiều kim đồng hồ sao cho kim của micrôampekếà A lệch tới vạch 80 hoặc 90 (Nếu không đạt được 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 cường độ sáng trong

ảnh nhiễu xạ laser :

Vì cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser tỷ

lệ với cường độ I của dòng quang điện trên

micrôanpekếà A, nên ta có thể khảo sát sự phân bố cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser trên màn E bằng cách khảo sát sự biến thiên

cường 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 cường độ I của dòng quang điện trên

micrôanpekếà A tương 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 cường 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 thước 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 thước

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

,

,

mm

mm

= Giá trị này gọi là độ

chính xác của panme Thước kép thẳng của

panme gồm hai thước milimét khắc ở hai bên

vạch chuẩn ngang và có các độ chia lệch nhau

từng 0,50 mm Như vậy vị trí x bất kỳ của trục vít

panme được xác định theo công thức :

- Nếu du xích tròn nằm bên phải gần sát vạch

chia của thước milimét phía trên thì :

x = N + 0,01.n ( mm )

- Nếu du xích tròn nằm bên phải gần sát vạch

chia của thước milimét phía dưới 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 thước 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 lượt thay thế

khe hẹp b = 0 10 , mm bằng các khe hẹp khác

có độ rộng b = 0 05 , mm và b = 0 20 , mm

Với mỗi khe hẹp có độ rộng nói trên, thực hiện phép đo khoảng cácha ′ trong ảnh nhiễu xạ ( không cần khảo sát sự phân bố cường độ sáng ) trên màn E Ghi giá trị của a ′ tương ứng với mỗi khe hẹp vào bảng 2

c Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 2 :

- Bước 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 thước panme dùng đo khoảng cách a ′

- Độ chính xác của thước thước 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 lưõng tính sóng -hạt của các vi hạt

3 Định nghĩa hiện tượng nhiễu xạ photon (nhiễu xạ ánh sáng) truyền qua một khe hẹp và mô tả

ảnh nhiễu xạ thu được trên màn E đặt song song với mặt khe hẹp

4 Giải thich định tính kết quả của hiện tượng 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 phương pháp khảo sát sự phân bố cường 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

Trường 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 cường độ sáng trên ảnh nhiễu xạ của chùm laser : Bảng 1 - Độ rộng của khe hẹp : b = (mm) - Bước sóng của chùm tia laser : λ = ( àm ) - Khoảng cách từ màn E đến mặt khe hẹp : L = ( mm ) - Độ chính xác của thước panme :

- Độ chính xác của thước thước milimét :

x

(mm) ( àA I ) (mm) x ( àA I ) (mm) x ( àA I ) (mm) x ( àA I )

Vẽ đồ thị I = f ( x )

2 Nghiệm hệ thức bất định Heisenberg :

Bảng 2

- Bước sóng của chùm tia laser : λ = ( àm )

- Khoảng cách từ màn E đến mặt khe hẹp : L = ( mm )

- Độ chính xác của thước panme :

- Độ chính xác của thước thước milimét

b

(mm)

′

a (mm)

b

L

λ ⋅

′









3

0,10

0,05

0,20

So sánh kết quả tính biểu thức b

L

λ ⋅

′









3 trong bảng 2 với hệ thức ( 14 ) Từ đó kết luận :

Hệ thức Heisenberg

( được nghiệm đúng hoặc không nghiệm đúng )