Логотип Инфоурока

Получите 30₽ за публикацию своей разработки в библиотеке «Инфоурок»

Добавить материал

и получить бесплатное свидетельство о размещении материала на сайте infourok.ru

Инфоурок Физика КонспектыКонспект по физике на тему: Волновые свойства микрочастиц. Волны де Бройля

Конспект по физике на тему: Волновые свойства микрочастиц. Волны де Бройля

Скачать материал
Скачать тест к этому уроку
библиотека
материалов

"Волновые свойства микрочастиц. Волны де Бройля"

Цели урока:

1. Ознакомить учащихся с корпускулярно-волновой природой материи.

2. Сформировать представление о том, что поведение микрочастицы может существенным образом отличаться от поведения макроскопических тел.

3. Выработать у учащихся убеждение, что критерием истинности любой физической гипотезы является эксперимент.

4. Привить учащимся культуру оформления решения задач на расчёт длины волны де Бройля для релявистских и нерелятивистских частиц.

5. Показать учащимся практическое применение волновых свойств микрочастиц.

6. Сформировать у учащихся представление.

Волновые свойства микрочастиц. Волны де Бройля.

Французский физик Луи де Бройль – потомок королей и будущий Нобелевский лауреат, родился в 1892 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 атомы устойчивы? Почему на стационарных орбитах электроны не излучают?”

Третий постулат Бора выделял эти орбиты из набора всех мыслимых орбит правилом квантования:

Де Бройль хотел найти разумные основания для этого условия, то есть пытался понять физический смысл правила квантования.

В 1923 году де Бройль выдвинул гипотезу: не только свет, но и все тела в природе должны обладать и волновыми, и корпускулярными свойствами одновременно.

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.

Волны де Бройля для электрона.

Движение электрона вокруг ядра в атоме будет устойчивым тогда, когда на длине орбиты укладывается целое число n длин волн электрона.

hello_html_59cf623.gif, откуда hello_html_m12534a41.gif. Домножим на h, имеем

hello_html_m595079c9.gif,   hello_html_m470216de.gif;

Получили третий постулат Бора.

hello_html_31b18369.gif

Рис. 1 Иллюстрация теории де Бройля

Новое понятие стационарной орбиты: это такая орбита, на которой укладывается целое число длин волн электрона.

Определим длину волны электрона.

hello_html_m5ff16572.gif; (*)

Выразим n из третьего постулата и подставим в (*). Получим:

hello_html_388ad286.gif; hello_html_m5d96323a.gifhello_html_m366a0421.gif

Пример: электрон в атоме движется со средней скоростью v=106 м/с, тогда длина волны электрона в атоме hello_html_m1c8386e5.gif.

Волны де Бройля для частиц вещества.

I. Если частица релятивистская hello_html_m70d881dc.gif.

II. Если частица нерелятивистская, то есть v << c, имеем hello_html_m4633b377.gif.

Пример. Для тела массой m=1 кг при v=1 м/с имеем hello_html_490e280b.gif.

Волновые эффекты такой малости обнаружить невозможно.

Задача.

Условие:

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.

Решение:

  • Кинетическая энергия частиц после разгона одинаковая и равна hello_html_m13beff42.gif.

  • Сравним её с энергией покоя частиц hello_html_m3ef59292.gifhello_html_m5d96323a.gifhello_html_58535929.gifhello_html_m5d96323a.gifпротон можно считать нерелятивистским.

  • hello_html_4b4b8de5.gifhello_html_m5d96323a.gifhello_html_m58b6d3e9.gif;   hello_html_ea8cf39.gif.

  • Энергия покоя электрона hello_html_m6fc060e5.gifhello_html_m5d96323a.gifhello_html_m486a06d6.gifhello_html_m5d96323a.gifдвижение электрона является релятивистским.
    hello_html_m7560a9bd.gifhello_html_m5d96323a.gifhello_html_128e3b3a.gifhello_html_m5d96323a.gifhello_html_5a1ff77.gif;   hello_html_3f4120d2.gif.





Если бы задачу решали по формулам классической механики, результат был бы завышен.

Экспериментальное подтверждение волновых свойств микрочастиц.

hello_html_mf512a71.gif

Рис. 2 Схема опыта Дэвиссона и Джермера

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. Девиссоном и Л. Джермером в 1927 году. Они исследовали дифракцию электронов на монокристалле никеля, кристаллическая структура которого была известна из опытов по дифракции рентгеновского излучения.

Схема опыта:

Электроны от электронной пушки S, прошедшие ускоряющую разность потенциалов U, падали нормально на сошлифованную поверхность кристалла никеля C. С помощью детектора D исследовалось число электронов , отраженных от кристалла под углом при различных значениях U. Кристаллическая решетка в опыте Дэвиссона и Джермера играла роль объёмной отражательной дифракционной решетки.

Результаты экспериментальных исследований:

Максимальное отражение электронов наблюдалось при ускоряющей разности потенциалов U=54 В, что соответствует дебройлевской длине волныhello_html_m153c1a86.gif= 0,167 нм.

Расчетное значение длины волны:

Теоретический анализ дифракции электронов на кристаллах аналогичен анализу дифракции рентгеновского излучения. При значении угла ?, удовлетворяющем условию Брега-Вульфа

hello_html_70db0496.gif,

возникает интенсивный дифракционный максимум отраженной волны. Здесь d – расстояние между отражающими плоскостями (постоянная решетки кристалла). Для никеля d=2,15?10-10 м. hello_html_1c8c7a91.gif– брегговский угол, то есть угол скольжения, под которым электроны падают на поверхность кристалла. Тогда hello_html_5d9cd91e.gif. Расчетное значение длины волны равнялось hello_html_m7ff93881.gif=0,165 нм.
Это совпадение экспериментальных и расчетных значений
hello_html_m7ff93881.gifслужит прекрасным подтверждением гипотезы де Бройля о наличии у частиц волновых свойств.



  • Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
    Пожаловаться на материал
Скачать материал
Скачать тест к этому уроку
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Учебник: «Физика (базовый и профильный уровни)», Тихомирова С.А., Яворский Б.М.
Тема: § 65. Волновые свойства частиц вещества

Номер материала: ДБ-1344429

Скачать материал
Скачать тест к этому уроку

Вам будут интересны эти курсы:

Курс повышения квалификации «Информационные технологии в деятельности учителя физики»
Курс профессиональной переподготовки «Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс профессиональной переподготовки «Основы религиозных культур и светской этики: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс повышения квалификации «Формирование компетенций межкультурной коммуникации в условиях реализации ФГОС»
Курс профессиональной переподготовки «Клиническая психология: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс повышения квалификации «Управление финансами: как уйти от банкротства»
Курс повышения квалификации «Экономика: инструменты контроллинга»
Курс повышения квалификации «Использование активных методов обучения в ВУЗе в условиях реализации ФГОС»
Курс повышения квалификации «ЕГЭ по физике: методика решения задач»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности секретаря руководителя со знанием английского языка»
Курс профессиональной переподготовки «Деятельность по хранению музейных предметов и музейных коллекций в музеях всех видов»
Курс профессиональной переподготовки «Эксплуатация и обслуживание общего имущества многоквартирного дома»
Курс профессиональной переподготовки «Гостиничный менеджмент: организация управления текущей деятельностью»
Курс профессиональной переподготовки «Стандартизация и метрология»

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.