НЕСФ 2001, Специална тема — Задача 4

Национално есенно състезание по физика 2001, Специална тема (В. Търново) · 120 т.

Внимание: Бележка към темата

Отпечатано в края на темата: „ЗАДЪЛЖИТЕЛНО СЕ РЕШАВАТ ТРИ ЗАДАЧИ ОТ ДАДЕНИТЕ ЧЕТИРИ.“ Точките на участник се формират от най-добрите три задачи.

Условие

Свободна микрочастица с маса в покой m0m_0 извършва праволинейно движение по посока на оста Ох.

Указание: При решаването на задачата използвайте следната формула

(1+x)α≈1+αx,(∣x∣≪1).(1+x)^{\alpha} \approx 1 + \alpha x,\quad (|x| \ll 1).

Константата на Планк е h=6,63⋅10−34 J⋅sh = 6{,}63\cdot 10^{-34}\ \mathrm{J\cdot s}.

а/ да се определи вълната ψ\psi, получена от наслагването на две вълни на дьо Бройл на частицата, съответствуващи на нейни скорости с големини v−Δvv - \Delta v и v+Δvv + \Delta v, където величината Δv\Delta v е такава, че ∣Δv∣v≪1\dfrac{|\Delta v|}{v} \ll 1;

б/ Аргументът на по-бързо променящия се множител на ψ\psi разглеждаме като фаза на вълната ψ\psi, а другият множител – като модулираща функция. По-малка или по-голяма от скоростта на светлината във вакуум cc е фазовата скорост на вълната ψ\psi, т.е. скоростта, с която се движат геометричните места на точки с една и съща фаза? Какво означава получения резултат?

в/ Скоростта vgv_g, с която се движат максимумите на модулиращата функция се нарича групова скорост на вълната ψ\psi. Да се определи vgv_g с точност до величина от порядъка на ∣Δv∣v\dfrac{|\Delta v|}{v};

г/ Нека микрочастицата е нерелативистка и в началния момент t=0t = 0 тя и локализирана в област с ширина Δx(0)\Delta x(0). Тогава се казва, че частицата се описва с вълнов пакет ψ(x,t)\psi(x,t), който е суперпозиция на вълни но дьо Бройл и в момента tt практически е отличен от 0 само в област с ширина Δx(t)\Delta x(t). Да се определи функцията Δx(t)\Delta x(t). Каква функция на времето е тя? Ако m0=1,67⋅10−27 kgm_0 = 1{,}67\cdot 10^{-27}\ \mathrm{kg}, а Δx(0)=10−10 m\Delta x(0) = 10^{-10}\ \mathrm{m}, каква е ширината на пакета на частицата в момента t=0,5 st = 0{,}5\ \mathrm{s} ?

Отговори

Решение


Оригинал в Архива: esenni_2001_STproblems.pdf · официални решения: esenni_2001_STsolutions.pdf