Волны де–Бройля и их физическое толкование
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
° опыта с дифракцией для полиэнергетического пучка нейтронов, а на рис. 15 приведена фотография, при прохождении нейтронов через монокристалл NaCl. Типичное для дифракции на пространственной решетке распределение пятен соответствует симметрии кристалла.
Рис. 14. Метод дифракции Лауэ для рентгеновских лучей и пучков нейтронов.
Рис. 15. Нейтронограмма кристалла NaCl, полученная Шуллоном и Уолланом.
Для получения дифракции по методу Брэгга требуется моноэнергетический поток нейтронов. Получение такого пучка достигается предварительным отражением пучка нейтронов от кристалла, которое выделяет нейтроны с определенной скоростью, а следовательно, с определенной длиной волны де - Бройля. Для определенного угла скольжения нейтроны отразятся в том случае, если будет удовлетворено условие Вульфа - Брэгга
причем
Выбирая соответствующим образом угол , можно выделить из полиэнергетического пучка нейтроны с любой необходимой длиной волны де - Бройля и, пользуясь ими, исследовать строение кристаллов.
В настоящее время исследования строения кристаллов при помощи дифракции нейтронов развились в особую область структурного анализа, так называемую структурную нейтронографию, которая существенным образом дополняет методы рентгенографического и электронографического анализа. В частности, например, определение положения атомов водорода в кристаллических решетках стало возможным именно благодаря дифракции нейтронов.
4.Физический смысл волн де-Бройля
Существуют, кроме того, и общие соображения, указывающие на то, что микроскопические частицы нельзя рассматривать как пакеты воли. Необходимым признаком элементарных частиц является их неделимость. Мы утверждаем, что отрицательное электричество состоит из электронов потому, что в процессе перезарядки может быть передано количество электричества, равное заряду либо одною, либо нескольких электронов, но во всяком случае целого числа и не менее одного. Точно так же анализ законов фотоэффекта приводит к выводу о существовании фотонов, так как оказывается, что монохроматический свет частоты переносит энергию и передает ее в процессе поглощения только целыми фотонами , но не долями фотона.
Этим свойством неделимости волны не обладают. На границе двух сред с различной фазовой скоростью волна разделяется на отраженную и преломленную, при прохождении через кристалл она разбивается на ряд дифракционных пучков и т. д. Если бы мы стали рассматривать электрон как агрегат волн, то, например, при дифракции очень слабого пучка, когда электроны проходят один за другим через кристалл, каждый дифракционный пучок должен был бы нести только часть электрона, чего на самом деле нет.
Если, однако, целостность частиц при таких процессах, как отражение, преломление, дифракция, должна сохраняться, то мы можем утверждать, что при падении на поверхность раздела двух сред частица, либо отразится, либо пройдет во вторую среду. Но в таком случае Связь между волнами и частицами может быть истолкована только статистически, а именно, следующим образом: квадрат амплитуды волны в данном месте, измеряющий ее интенсивность, есть мера вероятности найти частицу в этом месте.
Для того чтобы пояснить это истолкование, рассмотрим типичный интерференционный опыт: плоская волна падает на непрозрачный экран, в котором проделаны два отверстия S и S. В таком случае па достаточно удаленном воспринимающем экране (фотопластинка, флуоресцирующий экран) возникает интерференционная картина, состоящая из последовательности светлых и темных полос. Объяснение этой картины с волновой точки зрения общеизвестно: надо представить себе, что слева на экран I падает плоская волна; отверстия S и S становятся при этом центрами двух сферических гюйгенсовых волн, распространяющихся вправо от экрана и интерферирующих между собой. В том месте экрана II, где разность хода этих волн равна нулю или четному числу полуволн, мы получим максимальную амплитуду и вместе с тем - максимум светлой полосы; там же, где разность хода равна нечетному числу полуволн, волны при интерференции гасят друг друга, амплитуда равна нулю, мы получаем темную полосу.
Как можно понять возникновение этих полос, рассматривая электроны как неделимые частицы? Представим себе, что падающий пучок электронов очень слаб. Опыт показывает, что характер интерференционной картины не зависит от интенсивности. Допустим, что фотопластинка может регистрировать попадание отдельных электронов. В таком случае при прохождении слабого потока электронов через экран I на фотопластинке сначала появились бы хаотически разбросанные отдельные темные точки - следы попадания электронов. Можно было бы только заметить, что число этих пятнышек, т. е. число попаданий электронов, больше в тех местах, где должны быть максимумы интерференционной картины. При достаточно продолжительном эксперименте эти отдельные следы должны образовать интерференционные полосы. Таким образом, светлые интерференционные полосы - это места, куда электроны попадают чаще всего; темные полосы - это места, куда они вовсе не попадают.
Если теперь применить эти соображения не к собранию большого числа электронов, но к отдельным электронам, то можно также сказать, что вероятность нахождения электрона максимальна там, где амплитуда волнового поля имеет максимальную величину и равна нулю там, где амплитуда равна нулю. Но т