Корпускулярно-волновой дуализм.

Всякому излучению присущи как волновые, так и корпускулярные свойства.

Одновременное наличие у объекта волновых и корпускулярных свойств называется корпускулярно-волновым дуализмом. В одних процессах проявляются волновые свойства, в других – корпускулярные. Нильс Бор сформулировал принцип дополнительности, который утверждал, что для полного понимания природы света необходимо учитывать как волновые, так и корпускулярные свойства света: они взаимно дополняют друг друга. После создания квантовой механики выяснилось, что это закономерно и представляет собой проявление специфических свойств материи, присущих всему микромиру.

В 1923 г. французский физик Луи де Бройль высказал предположение, что корпускулярно-волновой дуализм справедлив и для других частиц. В частности электрону также должна соответствовать некоторая волна, характеризуемая частотой или длиной волны l_б. Как и в случае фотона, частота n связана с энергией частицы соотношением Планка. Е= hn. В настоящее время волны, связанные с движением частиц, называют волнами де Бройля. А длина волны – l_б – дебройлевской длиной волны.

Исходя из требований теории относительности де Бройль нашел, что модуль импульса частицы выражается через её длину следующим образом: ; откуда или – длина волны де Бройля обратно пропорциональна массе частицы и её скорости, поэтому чем меньше масса частицы, тем более отчетливо обнаруживаются её волновые свойства, т.к. увеличивается длина волны l_б. Значит, у электронов волновые свойства при движении должны проявляться более отчетливо.

Для макроскопических объектов, длина волны l_б – мала (~ 10^-30м) и обнаружить их волновые свойства не представляется возможным, волновые свойства таких объектов становятся несущественными.

Волновые свойства электрона. Интерференция и дифракция электронов.

Гипотеза де Бройля о наличии волновых свойств у электрона и других микрочастиц проверена на опыте. В качестве дифракционной решетки для электронов берут естественные кристаллические решетки веществ, период которых 10^-10м, сравнимый с дебройлевской длиной волны электронов.

Рассмотрим следующий эксперимент. Направим лучом электронов на плоскость, в которой прорезаны две щели. Пусть одна из щелей, например В, сначала закрыта, т.е. все электроны, попавшие за плоскость прошли через щель А и максимум интенсивности находится точно против щели А. Если закрыть А, но открыв В – максимум интенсивности будет напротив В. Если же открыть обе щели то на экране получается центральный (главный) максимум посредине между щелями, что обе стороны от центрального максимума имеется несколько побочных.

Таким образом, электроны ведут себя как волны и создают дифракционные картины аналогично световым волнам. Интерференционные и дифракционные явления были обнаружены не только для электронов, но и для других частиц – протонов, нейтронов, a частиц.

Волновые свойства частиц нашли свое применение в электронной оптике, где для построения изображения используются не оптические, а электронные пучки.

Электронные микроскопы позволяют получать увеличения до 10⁶ раз. Существующие фотографии атомных или молекулярных решеток вещества сделаны с помощью электронных микроскопов.

ЗАДАЧИ К БЛОКУ 23-а

1. Вычислить длину волны де Бойля l_Б футбольного мяча массой m = 400 г, летящего со скоростью V = 20 м/с.

Дано:

m = 400 г

V = 20 м/c

m = 0, 400 кг

V = 20 м/c

___________

l_Б –?

Решение:

Длина волны де Бойля l_Б определяется по формуле:

Ответ: 8, 3× 10^{-35 м}

2. Электрон движется в магнитном поле с индукцией В = 8× 10^-3тл по окружности, радиус которой R = 0, 5 см. Определить длину волны де Бойля.

Дано:

В = 8× 10^-3тл

R = 0, 5 см

h = 6.62× 10^-34 Дж× с

m = 9, 1× 10^{-31 кг}

________________

l_Б –?

Решение:

Длина волны де Бойля определяется по формулам: масса электрона известна, определим его скорость, исходя из того, что при движении электрона по окружности сила Лоренца является центростремительной силой.