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 cờng độ phổ nhiễu xạ
5. Thớc trắc vi, chính xác 0,01mm
6. ống che sáng dài 50 cm
7. Giá đỡ thí nghiệm .

I . cơ sở lý thuyết

1. Lỡng 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 lỡng tính sóng-hạt. Lỡng
tính sóng-hạt của ánh sáng đã đợc nêu lên
trong thuyết lợng tử ánh sáng hay thuyết photon
của Einstein (Anhstanh) :
ánh sáng cấu tạo bởi vô số các photon. Mỗi
photon có năng lợng W và động lợng p xác
định liên hệ với tần số

và bớc sóng

của
ánh sáng theo các hệ thức :
W = h.


; p = h.
c

=
h


(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 lỡng 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 lợng và động lợng
xác định ứng với một sóng phẳng đơn sắc có tần số
và bớc sóng xác định.Năng lợng W và động
lợng p của vi hạt liên hệ với tần số

và bớc
sóng

của sóng phẳng đơn sắc theo hệ thức (1).
Do lỡng 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 thớc lớn hơn
nguyên tử ). Để hiểu điều này, ta hãy xét hiện tợng
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 phơng ứng với các góc
lệch

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 trờng 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 cờng 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 ngợc pha
và đợc xác định bởi điều kiện :

b/.ksin

=
(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
đợc xác định bởi điều kiện :

(
)
b2/.1k2sin

+=
(3)
với
k

=
1
2
3
,
,
,
.
.
.
.

Riêng cực đại nhiễu xạ chính giữa O ứng với

=
0
và có độ rộng giới hạn giữa hai cực tiểu
nhiễu xạ bậc 1 ứng với giá trị
b/sin
1

=
.
Theo quan điểm hạt, sự phân bố cờng 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


p


a
Nếu chọn trục tọa độ Ox nằm trong mặt

phẳng của khe hẹp b và hớng 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 lợng p của photon sau khi bị nhiễu
xạ qua khe hẹp sẽ thay đổi phơng truyền nên
hình chiếu của động lợng p trên trục Ox khi đó
có thể thay đổi trong khoảng
0 p p
x
.sin

,
tức là có độ bất định :


p p
x
.sin

(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

=
, nên độ bất định
của hình chiếu
p
x
có thể coi gần đúng bằng :



p p
x
.sin

1

(6)
Kết hợp (4) với (6) và thay
sin


1

=
b
, đồng
thời chú ý đến (1), ta nhận đợc :


x
.

p
x


h
(7)
Hệ thức (7) gọi là hệ thức bất định
Heisenberg, nó cho biết vị trí và động lợng của
photon không đợc xác định đồng thời, nghĩa là
vị trí của photon càng xác định (

x
càng nhỏ)
thì động lợng của nó càng không xác định
(

p
x
càng lớn) và ngợc lại .
Trong thí nghiệm này, ta sẽ khảo sát sự phân
bố cờng 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

1

ứng với vị trí của cực tiểu thứ nhất.
Từ hình 1, ta dễ dàng nhận thấy :

tg
a
L

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
L
x

sin
(9)
Thay tiếp (4)(9) vào (7) và sau khi chia cho h,
ta nhận đợc :

b
arctg
a
L








sin 1
(10)
Vì khó xác định chính xác vị trí của cực tiểu
nhiễu xạ bậc 1, nên ngời ta thờng 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


1
có thể xác định từ hình 1:

tg
a
L

=


1
(11)
hoặc từ điều kiện (3) :

sin
.

=


1

3
2 b
(12)
Nhng vì

1
và


1
nhỏ, nên có thể tính a
theo

a
theo cách sau :

tg
a
L b
tg
a
L b

1 1
1 1
3
2
sin
.
sin

suy ra :

tg
a
L b
a
L


1
2
3
= =

(13)
Khi đó hệ thức ( 10 ) đợc viết lại thành :

b
arctg

a
L









sin
2
3
1
(14)
Nh vậy sau khi xác định đợc 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 bớc
sóng

của chùm laser .

2. Sơ lợc về nguồn sáng laser :
Laser là các bức xạ điện từ có độ đơn sắc cao, có cờng
độ lớn, có tính kết hợp và định hớng 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 lợng cơ bản
E
1
hấp thụ bức xạ và chuyển lên mức năng lợng kích thích
E
2
cao hơn ( E
2
> E
1
). Nhng các electron chỉ tồn tại ở mức
năng lợng bị kích thích E
2
trong khoảng thời gian ngắn (cỡ
10
-3
s

ữ

10

-8
s ) - gọi là thời gian

sống

, sau đó chúng lại
chuyển về mức năng lợng cơ bản E
1
và phát xạ bức xạ
( H. 2).

E
2

hấp thụ phát xạ


E
1


Hình 2
DL

Sự chuyển mức năng lợng khi hấp thụ hoặc phát xạđều
tuân theo hệ thức Einstein :


= = h E E.
2 1

(15)
với h = 6,625.10
-34
J.s là hằng số Planck và

= h
v
là
photon của bức xạ điện từ .
Nh vậy, nếu số electron ở mức năng lợng 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 lợng 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 lợng cơ bản E
1
và xác suất xảy
ra phát xạ tỷ lệ với mật độ N
2
của electron ở mức năng
lợng kích thích E
2
.
Thông thờng, mật độ electron N

2
< N
1
, 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 đợc
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 hớng.
Nhng, nếu bằng cách nào đó tạo ra đợc mật độ electron
N
2
> N
1
, 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 đợc gọi
là phát xạ cảm ứng, trong đó các bức xạ cảm ứng có cùng
tần số, cùng pha, cùng hớng 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 lợng bị kích thích phải lớn hơn mật độ
nguyên tử ở trạng thái năng lợng cơ bản. Môi trờng chất ở
trạng thái có sự đảo mật độ hạt đợc gọi là môi trờng kích
hoạt. Có thể tạo ra sự đảo mật độ hạt trong môi trờng kích
hoạt nhờ phơng pháp kích thích kiểu "bơm điện" (phóng
điện qua môi trờng kích hoạt), hoặc kiểu "bơm quang"
(dùng nguồn sáng thích hợp có cờng độ mạnh chiếu vào
môi trờng kích hoạt ) theo nguyên tắc sau (H. 3) :
Giả sử hai mức năng lợng E
1
, E

2
(với E
2
> E
1
) có mật
độ nguyên tử tơng ứng là N
1
,N
2
và lúc đầu N
1
> N
2
. Chiếu
bức xạ kích thích có tần số
v
thoả mãn hệ thức (15) vào môi
trờng chất, một số nguyên tử đợc "bơm" từ mức E
1
lên
mức E
2
, nên N
1
giảm và N
2
tăng. Nhng 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 trờng kích hoạt. Để tạo ra trạng thái đảo mật độ
hạt, ngời ta dùng môi trờng kích hoạt trong đó nguyên tử
có ba (hoặc bốn) mức năng lợng E
1
, E
2
, E
3
sao cho thời
gian sống

3
của nguyên tử ở mức E
3
rất nhỏ so với thời
gian sống

2
ở mức E

2
. Bằng phơng pháp "bơm" sao cho
các nguyên tử bị kích thích sẽ chuyển từ mức E
1
lên mức E
3
.
Vì

3
<

2
, nên các nguyên tử ở mức E
3
nhanh chóng
chuyển về mức E
2
để tạo ra trạng thái đảo mật độ hạt N
2
>
N
1
và dẫn tới hiện tợng phát xạ cảm ứng .
Hiện nay có nhiều loại nguồn phát laser, trong đó môi
trờng 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 Al
2

0
3
) có
pha ion Cr
+3
với tỷ lệ 0,05% .
Trong thí nghiệm này, ta dùng diode laser - thờng gọi là
laser bán dẫn. Cho một dòng điện một chiều có cờng độ
thích hợp chạy qua lớp tiếp xúc p-n tạo ra từ chất bán dẫn
cơ bản GaAs, tia laser hồng ngoại sẽ đợc 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 lợng thấp của vùng dẫn và các mức năng lợng
cao của vùng hoá trị có hiện tợng 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 cờng
độ sáng của chúng, ta dùng một cảm biến quang
điện silicon QĐ có thể di chuyển đợc nhờ một
thớc 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
K
1
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 đợc đa 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 K
1
của diode laser DL, ta nhận đợc
chùm tia laser màu đỏ .
Vặn cán thớc 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 thớc

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 trợt 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 trợt B với cạnh
của giá đỡ G và dịch chuyển từ từ bàn trợt 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 ngợc lại để điều chỉnh sao cho khi tiếp tục
dịch chuyển bàn trợt 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 trợt 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 trợt B và trên thớc 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
à
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 micrôampekế
à
A
bằng cách : che sáng
hoàn toàn khe hở của cảm biến quang điện QĐ,
nếu kim của micrôampekế
à
A
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 cờng 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
à

A
lệch mạnh nhất. Vặn núm xoay
của biến trở R của bộ khuếch đại KĐ ngợc
chiều kim đồng hồ sao cho kim của
micrôampekế
à
A
lệch tới vạch 80 hoặc 90. (Nếu
không đạt đợc 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 cờng độ sáng trong
ảnh nhiễu xạ laser :
Vì cờng độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser tỷ
lệ với cờng độ I của dòng quang điện trên
micrôanpekế
à
A
, nên ta có thể khảo sát sự
phân bố cờng độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser
trên màn E bằng cách khảo sát sự biến thiên
cờng 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 cờng độ I của dòng quang điện trên
micrôanpekế
à
A
tơng 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 cờng 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 thớc 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 thớc
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. Thớc kép thẳng của
panme gồm hai thớc 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 đợc xác định theo công thức :
- Nếu du xích tròn nằm bên phải gần sát vạch
chia của thớc milimét phía trên thì :
x = N + 0,01.n ( mm )
- Nếu du xích tròn nằm bên phải gần sát vạch
chia của thớc milimét phía dới 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 thớc 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 lợt 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 cờng độ sáng )
trên màn E . Ghi giá trị của

a
tơng ứng với mỗi
khe hẹp vào bảng 2 .
c. Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 2 :
- Bớc sóng

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 thớc panme dùng đo
khoảng cách

a
.
- Độ chính xác của thớc thớc 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 lõng
tính sóng -hạt của các vi hạt .
3. Định nghĩa hiện tợng nhiễu xạ photon (nhiễu
xạ ánh sáng) truyền qua một khe hẹp và mô tả
ảnh nhiễu xạ thu đợc trên màn E đặt song song
với mặt khe hẹp .
4. Giải thich định tính kết quả của hiện tợng
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 phơng pháp khảo
sát sự phân bố cờng 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
Trờng 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 cờng độ sáng trên ảnh nhiễu xạ của chùm laser :
Bảng 1
- Độ rộng của khe hẹp : b = (mm)
- Bớc sóng của chùm tia laser :

=
(
)
à
m

- Khoảng cách từ màn E đến mặt khe hẹp : L = ( mm )
- Độ chính xác của thớc panme :
- Độ chính xác của thớc thớc milimét :

x
(mm)


I

(
)
à
A


x
(mm)


I
(
)
à
A


x
(mm)


I
(
)
à
A


x
(mm)

I
(
)
à
A


.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.


.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.



Vẽ đồ thị I = f ( x )

2. Nghiệm hệ thức bất định Heisenberg :
Bảng 2
- Bớc sóng của chùm tia laser :

=
(
)
à
m

- Khoảng cách từ màn E đến mặt khe hẹp : L = ( mm )
- Độ chính xác của thớc panme :
- Độ chính xác của thớc thớc milimét
b
(mm)

a

(mm)
b
arctg
a
L

sin
2
3

0,10
0,05
0,20


So sánh kết quả tính biểu thức
b
arctg
a
L

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

Hệ thức Heisenberg
( đợc nghiệm đúng hoặc không nghiệm đúng )