Волны де–Бройля и их физическое толкование
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Государственная образовательное учреждение
высшего профессионального обучения
Тобольская государственная социально-педагогическая академия им. Д.И. Менделеева
Кафедра физики и МПФ
Курсовая работа
по физике
На тему
Волны де-Бройля и их физическое толкование
Выполнил:
Алиев Ильяс
Тобольск, 2011
Содержание
Введение
.Гипотеза де-Бройля
2.Волны де-Бройля
.Экспериментальное подтверждение гипотез де-Бройля
3.1 Метод Брэгга
3.2 Метод Лауэ и Дебая-Шеррера
4.Физический смысл волны де-Бройля
Заключение
Список литературы
Введение
Когда мы говорим о волнах, то представляем себе, прежде всего волны на поверхности воды или поперечные волны, бегущие в упругом шнуре при периодическом сотрясении его конца. Какова бы, однако, ни была природа волн, распространение их следует одинаковым законам.
Впервые квантовые свойства были обнаружены у электромагнитного поля, которые распространяются в пространстве как электромагнитная волна. После исследования М. Планком законов теплового излучения тел в науку вошло представление о световых порциях - квантах электромагнитного поля. Эти кванты - фотоны - во многом похожи на частицы (корпускулы): они обладают определённой энергией и импульсом, взаимодействуют с веществом как целое. В то же время давно известны волновые свойства электромагнитного излучения - они проявляются, напр., в явлениях дифракции и интерференции света. Таким образом, можно говорить о двойственной природе света, о корпускулярно-волновом дуализме.
В данной курсовой работе излагается гипотеза де-Бройля о двойственной природе микрочастиц, а также основные эксперименты, подтверждающие корпускулярно-волновой дуализм материальных частиц.
Целью исследования курсовой работы является изучение волн де-Бройля о двойственной природе микрочастиц.
Объектом и предметом исследования экспериментальное подтверждение гипотезы волн де-Бройля.
Для реализации основной цели исследования были поставлены и решены следующие задачи:
изучение гипотезы де-Бройля;
изучение экспериментальных подтверждения гипотезы де-Бройля.
Метод исследования:
анализ научных статей, литературы по общему курсу физики.
1,Гипотеза де-Бройля
Дуализм волны-частицы был установлен, прежде всего, при изучении природы света. В 1924 г. Луи де-Бройль, пытаясь выйти из затруднений, связанных с этим дуализмом, выдвинул смелую гипотезу, что дуализм не является особенностью одних только оптических явлении, но имеет универсальное значение. В оптике, - говорит он, - в течение столетия слишком пренебрегали корпускулярным способом рассмотрения по сравнению с волновым; не делалась ли в теории материи обратная ошибка? Не думали ли мы слишком много о картине частиц и не пренебрегали ли чрезмерно картиной волн? Таков был вопрос, поставленный де - Бройлем.
Допуская, таким образом, что материальные частицы наряду с корпускулярными свойствами имеют также и волновые, де - Бройль перенес на случай материальных частиц правила перехода от одной картины к другой, с которыми мы уже неоднократно встречались, рассматривая дуализм волны частицы в оптике. Пусть мы имеем материальную частицу (например, электрон) с массой m, движущуюся в отсутствии поля, т. е. равномерно со скоростью v. В корпускулярной картине мы приписываем частице энергию Е и импульс р; в волновой картине мы имеем дело с частотой со и длиной волны X. Если обе эти картины являются различными аспектами одного и того же объекта, то связь между характеризующими их величинами устанавливается соотношениями:
(1)
и
(2)
где - постоянная Планка, деленная на .
В случае оптических явлений использовали соотношение (2) для определения импульса фотона, который представляет собой частицу с массой покоя, равной нулю, движущегося со скоростью света с. Для материальных частиц то же соотношение по де - Бройлю дает длины волны тех плоских монохроматических волн, которые сопоставляются этим частицам: .
В случае частиц с массой покоя не равной нулю, , причем для малых скоростей, то есть постоянная, а для скоростей, сравнимых со скоростью света, релятивистская масса: зависит от скорости. Итак для частиц с массой покоя, не равной нулю, по де - Бройлю:
(3)
Если волновой вектор с абсолютным значением , то на основании выражения (2), получим:
; ; ; (4)
Формула плоской волны, описывающих движение свободных материальных частиц, имеет поэтому следующий вид:
(5)
1.Волны де-Бройля
Вычислим групповую скорость распространения волн де-Бройля, как и во всех случаях, фазовую и групповую скорость, фазовая скорость будет
(6)
Так как , то фазовая скорость волн де - Бройля больше скорости света в пустоте. Но это не должно нас смущать, так как мы уже знаем, что фазовая скорость не характеризует ни скорости сигнала, ни скорости перемещения энергии, а потому и не может быть как меньше, так и больше с.
Групповую скорость вычисляем при помощи формулы
(7)
Нетрудно доказать, что . В самом деле, изменение энерги