Справочный материал для учащихся 11 классов по теме "Корпускулярно- волновой дуализм"

Корпускулярно- волновой дуализм (17).

1. Гипотеза М. Планка о квантах.

Гипотеза Планка —  атомы испускают электромагнитную энергию (свет) не непрерывно, а отдельными порциями — квантами.

Энергия каждой порции является пропорциональной частоте излучения:

E = hv, 

где h = 6,6 • 10^-34 Дж • с — является постоянной Планка,

v — является частотой света.

2. Фотоэффект. Законы фотоэффекта.

Фотоэффект — это явление вырывание  элек­тронов из  вещества под действием света.

При изучении фотоэффекта определили некоторые закономерности.

1. Количество электронов, которые вырываются светом с поверхности металла за 1 секунду, прямо пропорци­онально поглощаемой за это время энергии световой волны.

2. Скорость электронов, которые вылетают из тела при фотоэффекте, определяется его часто­той v и она не зависит от интенсивности.

3. Для всех веществ существует критическая наименьшая частота света v_min (красная граница фотоэффекта), при которой фотоэффект возможен. Излучение с частотой v _min не вызывает явления фотоэффекта.

3. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Работа выхода — это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла.

Красная граница фотоэффекта- это минимальная частота или максимальная длина волны при которой фотоэффект возможен.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: энергия фотона идет на совершение работы выхода и на сообщение электрону кинетической энергии.

Красную границу фотоэффекта можно получить из , если скорость электрона, который  покидает металл, приравнять к нулю:

,

то есть красная граница фотоэффекта зависит лишь от работы выхода А.

4. Фотоны. Энергия фотона. Импульс фотона.

Фотон - квант электромагнитного поля.

Фотон- элементарная частица, не имеющая массы покоя и электрического заряда, но обладающая энергией и импульсом.

Основные свойства фотона

1. Является частицей электромагнитного поля.

2. Движется со скоростью света.

3. Существует только в движении.

Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью, равной скорости света, либо не существует; следовательно, масса покоя фотона равна нулю.

Энергия фотона- Е = hν

Согласно теории относительности энергия всегда может быть вычислена как , Отсюда  - масса фотона-  

Импульс фотона-  .

5.Корпускулярно-волновой дуализм

Таким образом, многие физики в начале XX в. пришли к выводу, что свет обладает двумя свойствами:

1.При распространении он проявляет волновые свойства.

2.При взаимодействии с веществом проявляет корпускулярные свойства. Его свойства не сводятся ни к волнам, ни к частицам.

Чем больше v, тем ярче выражены квантовые свойства света и менее - волновые.

Итак, всякому излучению присущи одновременно волновые и квантовые свойства. Поэтому то, как проявляет себя фотон - как волна или как частица, зависит от характера проводимого над ним исследования.

6. Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц.

В 1924 г. Луи де Бройль выдвинул гипотезу, что дуализм не является особенностью только оптических явлений, а имеет универсальный характер. Частицы вещества также обладают волновыми свойствами.

Если фотон обладает энергией и импульсом, то и частица (например электрон), движущаяся с некоторой скоростью, обладает волновыми свойствами, т.е. движение частицы можно рассматривать как движение волны.

Согласно квантовой механике, свободное движение частицы с массой m и импульсом p, можно представить как волну (волну де Бройля) с длиной волны

распространяющуюся в том же направлении (например в направлении оси х), в котором движется частица

10. Дифракция электронов на кристаллах.

Гипотеза де-Бройля вскоре была блестяще подтверждена экспериментально. Дэвиссон и Джермер обнаружили, что пучок электронов, рассеивающийся от кристаллической пластинки, дает дифракционную картину. Томсон и независимо от него Тартаковский получили дифракционную картину при прохождении электронного пучка через металлическую фольгу. Опыт осуществлялся следующим образом. Пучок электронов, ускоренных разностью потенциалов порядка нескольких десятков киловольт, проходил через тонкую металлическую фольгу и попадал на фотопластинку. Электрон при ударе о фотопластинку оказывает на нее такое же действие, как и фотон. Полученная таким способом электронограмма золота  сопоставлена с полученной в аналогичных условиях рентгенограммой алюминия. Сходство обеих картин поразительно. дифракционная картина соответствует длине волны, определяемой соотношением.

Из описанных опытов с несомненностью вытекает, что пучок микрочастиц определенной скорости и направления дает дифракционную картину, подобную картине, получаемой от плоской волны.