Главная » Файлы » Методика выполнения лабораторных работ по физике » Квантовая физика [ Добавить материал ]

Л/Р: Изучение дифракции электронов и свойств волн де Броля расчетным методом

17.1. Цель работы

Изучить свойства волн де Бройля путем расчета на компьютере картины дифракции электронов на щели. Оценить величину длины волны де Бройля в зависимости от массы, заряда частицы и ускоряющего напряжения.

17.3. Описание лабораторной установки

Данная работа проводится расчетным методом на персональном компьютере. Для ее выполнения используется специальная программа, которая загружена в компьютер. Программа предназначена для расчета длины волны де Бройля, скорости частиц и их импульса.

Функционально программа состоит из четырех блоков, которые позволяют:

  1. моделировать опыты Томсона и Тартаковского по дифракции микрочастиц;
  2. рассчитывать скорость частиц, их импульс и длину волны де Бройля;
  3. анализировать зависимость картины дифракции частиц на щели от ускоряющего напряжения и ширины щели;
  4. получать распределение интенсивности в дифракционной картине от пучка микрочастиц.

Для успешного выполнения работы надо иметь лишь элементарные навыки пользования компьютером. Эти навыки сводятся к умению работы с клавиатурой компьютера. В случае, если таких навыков у студента нет, необходимо перед выполнением работы проконсультироваться у преподавателя и выполнение работы проводить только в присутствии лаборанта или преподавателя.

КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ нажимать на клавиатуре компьютера какие-либо клавиши, кроме букв алфавита, цифр, клавиш перемещения курсора и клавиши "ВВОД". Все остальные клавиши нажимаются только с разрешения и в присутствии лаборанта.

17.4. Методика проведения эксперимента и обработка результатов

17.4.1. Методика эксперимента

Заложенная в компьютер программа предполагает выполнение следующих расчетных операций:

  1. расчет скорости частиц, их импульса и длины волны де Бройля;
  2. построение картины дифракции и графика распределения интенсивности в ней.


Все эти расчеты могут выполняться для широкого интервала значений массы микрочастицы, заряда, ускоряющего напряжения, ширины щели и времени экспозиции, которые вводятся в начале выполнения работы. После всех расчетов на экран монитора выводятся рассчитанные значения необходимых величин и графики.

Все графики могут рассматриваться на экране монитора, зарисовываться в протокол работы или распечатываться на принтере для сравнения и анализа полученных результатов. Расчет всех величин, их запись и зарисовка графиков выполняются на компьютере довольно быстро (порядка 15 - 20 минут), что позволяет проводить работу неоднократно в течение занятия. После выполнения всех операций для одних значений величин, вводимых в процессе работы, ее можно повторить для других значений аналогичных параметров, а затем сравнить полученные результаты.

17.4.2. Порядок выполнения работы

  1. При домашней подготовке выберите и запишите в протокол (в произвольной форме) значения масс изучаемых микрочастиц, их заряда, ускоряющее напряжения, ширину щели и время экспозиции, предполагаемые для изучения.

    В лаборатории перед началом работы обсудите с преподавателем целесообразность расчетов для выбранных параметров. Затем проверьте, включены ли компьютер и монитор (а также, при возможности, принтер). Если Вы впервые работаете на данном типе компьютера, получите необходимый инструктаж по его эксплуатации у лаборанта.

    Получив разрешение на работу, запустите программу и приступайте к выполнению задания.
  2. Введите выбранные значения массы микрочастицы (в килограммах) на машинном языке (например, 10-31 = 1Е-31), заряда (в кулонах), ускоряющего напряжения (в вольтах), ширину щели (в метрах) и время экспозиции (в минутах).

    Помните, что после набора соответствующего числа нужно нажимать клавишу "ВВОД" для отправки этого числа в расчетную программу.
  3. Приготовьте Ваш протокол работы для того, чтобы вписать в него рассчитанные значения скорости частиц, их импульса и длины волны де Бройля, а также зарисовать схему установки, картину дифракции на щели и вид кривой распределения интенсивности. Сделайте эти записи и зарисовки в протокол для выбранных значений массы, заряда микрочастицы и ускоряющего напряжения.
  4. Закончив зарисовку графика, нажмите любую клавишу. Повторите выполнение заданий 2 и 3 для других значений вводимых величин массы m , заряда q микрочастицы и ускоряющего напряжения U. Это повторение выполните не менее 5 - 7 раз для широкого интервала значений m, q и U, заполняя при этом таблицу 17.1.
  5. Выполнив тем самым весь цикл работы, для окончания ее нажмите клавишу „N" в ответ на запрос программы о продолжении работы. На этом Ваше выполнение работы закончено.

17.4.3. Обработка результатов работы

  1. При домашней обработке результатов постройте по данным таблицы 17.1 графики зависимости длины волны де Бройля λБ от m, q и U. Проанализируйте полученные графики.
  2. Изучите зарисованные картины дифракции и графики распределения интенсивности.
  3. Сделайте выводы по всем полученным результатам и сравните их с теоретическими данными. Ответьте на все контрольные вопросы.

17.5. Перечень контрольных вопросов

  1. В чем суть гипотезы Луи де Бройля?
  2. Получите выражения для фазовой скорости волн де Бройля и для показателя преломления их на границе раздела двух сред.
  3. Получите выражение для групповой скорости волн де Бройля.
  4. Каковы возможные способы физической интерпретации волн де Бройля, их преимущества и недостатки?
  5. В чем суть опытов Дэвиссона и Джермера; опытов Томсона и Тартаковского; опытов Бибермана с сотрудниками? Каковы их основные результаты?
  6. Как в опытах Томсона показать, что дифракционная картина образовывалась самими рассеянными электронами, а не вторичными рентгеновскими лучами, возбуждаемыми ими?
  7. Объясните результаты, полученные в работе.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. В 5-ти т. - Т.5, ч.1.- М.: Наука, 1986. - § 17 - 19.
  2. Шпольский Э. В. Атомная физика. В 2-х т. - Т.1.- М.: Физматгиз, 1974. - § 140 - 147.
  3. Савельев И. В. Курс общей физики. В 3-х т. - Т.3.- М.: Наука, 1982. – § 18,19.
Похожие материалы:

Добавил: naddy (15.05.2010) | Категория: Квантовая физика
Просмотров: 2943 | Загрузок: 0 | Рейтинг: 0.0/0 |
Теги: электроны, физика, Лабораторная работа, кванты, ДИФРАКЦИЯ, волны де броля
Комментарии (0)

Имя *:
Email *:
Код *: