Гипотеза и формула де Бройля. Экспериментальное подтверждение гипотезы
"Волновые свойства микрочастиц. Волны де Бройля"
2013Г Оглавление
Ознакомить учащихся с корпускулярно-волновой природой материи. Сформировать представление о том, что поведение микрочастицы может существенным образом отличаться от поведения макроскопических тел. Выработать у учащихся убеждение, что критерием истинности любой физической гипотезы является эксперимент. Привить учащимся культуру оформления решения задач на расчёт длины волны де Бройля для релявистских и нерелятивистских частиц. Показать учащимся практическое применение волновых свойств микрочастиц. Сформировать у учащихся представление. Французский физик Луи де Бройль — потомок королей и будущий Нобелевский лауреат, родился в году. Как и многие во время I Мировой войны воевал, а после войны стал работать в лаборатории своего старшего брата Мориса. Его занимал всё тот же вопрос: Почему на стационарных орбитах электроны не излучают? Де Бройль хотел найти разумные основания для этого условия, то есть пытался понять физический смысл правила квантования. В году де Бройль выдвинул гипотезу: Чтобы понять это, нужно иметь непредвзятый ум. Природа не создала зримых образов, которые помогли бы наглядно представить это. Длина волны , присущая частицам вещества, получила название длины волны де Бройля, а сами такие волны — волны де Бройля. Движение электрона вокруг ядра в атоме будет устойчивым тогда, когда на длине орбиты укладывается целое число n длин волн электрона. Домножим на h, имеем. Н овое понятие стационарной орбиты: Определить длину волны де Бройля для протона 1 , который разогнали в электрическом поле при напряжении 3,0 МВ и дебройлевскую длину волны электрона 2 , прошедшего ту же разность потенциалов. Кинетическая энергия частиц после разгона одинаковая и равна. Сравним её с энергией покоя частиц протон можно считать нерелятивистским. Энергия покоя электрона движение электрона является релятивистским. Если бы задачу решали по формулам классической механики, результат был бы завышен. Экспериментальное подтверждение волновых свойств микрочастиц. После высказывания де Бройлем столь фантастической гипотезы — каждое тело одновременно есть и частица и волна — встал вопрос об её экспериментальном подтверждении. Важным доказательством существования волновых свойств у частиц вещества является наличие явлений дифракции и интерференции для потока таких частиц. Первые экспериментальные исследования были выполнены американскими учёными К. Они исследовали дифракцию электронов на монокристалле никеля, кристаллическая структура которого была известна из опытов по дифракции рентгеновского излучения. Кристаллическая решетка в опыте Дэвиссона и Джермера играла роль объёмной отражательной дифракционной решетки. Теоретический анализ дифракции электронов на кристаллах аналогичен анализу дифракции рентгеновского излучения. Это совпадение экспериментальных и расчетных значений служит прекрасным подтверждением гипотезы де Бройля о наличии у частиц волновых свойств. В настоящее время опыты по дифракции электронов и нейтронов и основанные на них приборы получили широкое распространение в науке и технике. Дифракция электронов применяется при исследовании структуры поверхности. Например, при изучении коррозии, при адсорбции газов на поверхностях. Метод исследования структуры вещества, основанный на дифракции электронов, получил название электронография. Наличие у электронов заряда вызывает сильное взаимодействие с веществом, благодаря чему проникающая способность электронов намного меньше, чем у рентгеновских лучей. Это обстоятельство делает электронографию особенно ценной при исследовании структур поверхностей. Она позволяет изучать перестройку кристаллической структуры на поверхности и самые начальные стадии кристаллизации твёрдых тел. Метод исследования структуры вещества, основанный на дифракции электронов, называется нейтронографией. Нейтрон не имеет электрического заряда и поэтому, в отличие от электрона, обладает высокой проникающей способностью, что позволяет исследовать свойства вещества во всём объёме. Поскольку дебройлевская длина волны? Открытие волновых свойств электронов вызвало появление новой отрасли науки, получившей название электронной оптики , и нового прибора — электронного микроскопа. Разрешающая способность любого микроскопа определяется длинной волны применяемого излучения. Использование вместо световых лучей пучков электронов позволяет существенно, в тысячи раз, повысить разрешающую способность микроскопа благодаря чрезвычайно малому значению дебройлевской длины волны электрона. С помощью ускорителей заряженных частиц оказывается возможным получать пучки электронов и протонов очень высоких энергий. В современных ускорителях энергия заряженных частиц может достигать порядка 10 3 ГэВ. Дебройлевская длина волны таких частиц очень мала. Электроны, ускоренные до таких энергий, использовались в экспериментах по изучению размеров и структуры атомных ядер, а также образующих ядра нуклонов — протонов и нейтронов. В каких случаях волновые свойства играют решающую роль в поведении частицы, а в каких случаях они оказываются несущественными и их можно не учитывать? Например, при взаимодействии электрона с атомами, а так же при их движении в твёрдых телах, волновые свойства электронов будут проявляться максимальным образом, так как дебройлевская длина волны электрона и размеры атома, а также расстояние между атомами в кристалле имеют один и тот же порядок. Школа цифрового века Педагогический университет. Подать заявку Личный кабинет. Главная Положение о фестивале и конкурсах Содержание: Бучнева Лидия Викторовна , учитель физики. Школа цифрового века Педагогический университет Вебинары Педагогический марафон Учительская книга.
Фотоэффект , эффект Комптона , законы теплового излучения совершенно определенно указывают на корпускулярную природу электромагнитных волн, в частности, видимого света. Интерференция , дифракция и особенно поляризация столь же определенно свидетельствуют о волновой природе света. Отсюда следует вывод, что свет и вообще любая электромагнитная волна сочетает как волновые, так и корпускулярные свойства, то есть обладает корпускулярно — волновым дуализмом. Найдем связь между волновыми и корпускулярными характеристиками света. По формуле Планка энергия фотона равна. С другой стороны, по формуле Эйнштейна, выражающей эквивалентность массы и энергии, эта же энергия может быть связана с массой фотона:. Приравнивая значения энергии и выражая длину волны фотона, получим:. Луи де Бройль L. Волна, длина которой определяется уравнением 15 , называется волной де Бройля. Хотя в своих ранних работах Л. Почему же мы не наблюдаем их для макроскопических объектов, например, для летящей хоккейной шайбы? Рассчитаем соответствующую длину волны де Бройля. Волновые свойства шайбы не проявляются просто потому, что их невозможно зарегистрировать. Вычисленная длина волны намного меньше не только размеров атома диаметр атома порядка 10 м , но и размеров атомного ядра диаметр ядра порядка 10 м! Поэтому волновые свойства таких частиц можно наблюдать, например, с помощью дифракции, аналогично дифракции рентгеновских лучей. Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля. Опыт Дэвиссона и Джермера. Впервые гипотеза де Бройля была подтверждена экспериментально в опытах по дифракции электронов американскими физиками К. Схема опыта представлена на рис. Параллельный моноэнергетический пучок электронов, получаемый с помощью электронно-лучевой трубки 1, направляется на мишень 2 монокристалл никеля. Отраженные электроны улавливаются коллектором 3, соединенным с гальванометром. Коллектор можно устанавливать под любым углом относительно падающего луча. Рассмотрим результаты опытов Дэвиссона и Джермера. Например, в одном из опытов наблюдалась дифракция электронов с энергией 54 эВ. Импульс электрона связан с его кинетической энергией формулой. Из формулы де Бройля определяем длину волны электронов:. Оба результата хорошо совпадают, что подтверждает наличие волновых свойств у электронов. Экспериментальная проверка волновой природы частиц продолжалась и в последующие годы. В - 30 гг. Estermann провели опыты по дифракции атомов гелия, неона, молекул водорода и дейтерия на кристаллах. Наиболее наглядные экспериментальные результаты, подтверждающие волновую природу электронов, получены в опытах по дифракции электронов на двух щелях, выполненных впервые в г. Эти опыты - прямая аналогия опыта Юнга для видимого света. Поток электронов, ускоренных разностью потенциалов 40 кВ, после прохождения двойной щели в диафрагме попадал на экран фотопластинку. В тех местах, где электроны попадают на фотопластинку, образуются черные пятна. В результате попадания большого числа электронов на фотопластинке наблюдается типичная интерференционная картина в виде чередующихся максимумов и минимумов, полностью аналогичная интерференционной картине для видимого света. Характерно, что все описанные результаты опытов по дифракции электронов наблюдаются и в том случае, когда электроны пролетают через экспериментальную установку "поодиночке". Этого можно добиться при очень малой интенсивности потока электронов, когда среднее время пролета электрона от катода до фотопластинки меньше, чем среднее время между испусканием двух последующих электронов с катода. Описанные результаты означают, что в данном эксперименте электроны, оставаясь частицами, проявляют также волновые свойства, причем эти волновые свойства присущи каждому электрону в отдельности, а не только системе из большого числа частиц. Что же представляет собой электрон - волну или частицу? Ответ на этот вопрос таков - ни то, ни другое. В одних случаях электрон ведет себя как волна соответствующей длины например, в опытах по дифракции , в других - как обычная частица например, электроны в электронно - лучевой трубке. В отличие от механических волн, волна де Бройля не является распространением колебаний в какой-то упругой среде. Волна де Бройля - это математическая модель, описывающая поведение электронов в соответствующих условиях. После долгих дискуссий физики пришли к следующей интерпретации физического смысла волн де Бройля. Поведение микрочастиц носит вероятностный характер , а волна де Бройля - математический инструмент для расчета этой вероятности. В опытах по дифракции микрочастиц там, где интенсивность волн де Бройля максимальна, там вероятность обнаружить микрочастицу максимальна дифракционный максимум. Наоборот, там, где интенсивность волн де Бройля минимальна, вероятность обнаружить микрочастицу минимальна дифракционный минимум. Максимальная вероятность соответствует дифракционному максимуму, нулевая вероятность - дифракционному минимуму. Более строго вероятность попадания микрочастицы в ту или иную область пространства рассчитывается с помощью так называемой волновой, или пси-функции y - функции. По формуле Планка энергия фотона равна С другой стороны, по формуле Эйнштейна, выражающей эквивалентность массы и энергии, эта же энергия может быть связана с массой фотона: Приравнивая значения энергии и выражая длину волны фотона, получим:
Каталог взаимозаменяемости запчастей на форд орион ghia
Чертеж улучшения школы волка 3
На золото попала ртуть что делать
Что нужно делать чтобы волосы были красивыми
Скидки в я любимом каталог