5.1.5 Волновые свойства частиц. Волны де Бройля. Длина волны де Бройля движущейся частицы

Видеоурок: Корпускулярно волновой дуализм. Катющик. Лекция по физике

Лекция: Волновые свойства частиц. Волны де Бройля.  Длина волны де Бройля движущейся частицы. Корпускулярно-волновой дуализм. Дифракция электронов на кристаллах

Основой корпускулярно-волнового дуализма является возможность обоснования всех процессов в природе с точки зрения волн и частиц. То же самое можно говорить и о свете. Свет принимается в качестве волны, когда наблюдаются процессы интерференции и дифракции, а при наблюдении фотоэффекта мы становимся свидетелями корпускулярной природы света.

Данная тема позволит определиться нам с природой всех объектов, может, на самом деле не только свет имеет двойственную природу.

Гипотеза де Бройля

О том, что все тела в мире и все частицы имеют двойственную природу, предположил Луи де Бройль.  Нам было известно, что свет имеет свой некоторый импульс и энергию, которые определяются с помощью специальных формул. Однако де Бройль предположил обратное: любое движение частицы сопровождается распространением некоторой волны. Определить частоту и её длину можно с помощью значения энергии и импульса.

Ну и, естественно, любая волна, образованная движением частицы, имеет свою энергию и импульс.

Итак, давайте разберем дуализм, относящийся к частице, как волне. Сделаем мы это с помощью электромагнитного излучения. При изучении электромагнитного излучения были сделаны выводы: чем большую длину волны имеет электромагнитная волна, тем меньше у нее наблюдаются корпускулярные свойства. И, наоборот, если волна имеет небольшую длину, её корпускулярные свойства определяются интенсивнее. Итак, давайте рассмотрим зависимость волновых свойств частиц от корпускулярных, перемещаясь по шкале волн.

1. Радиоволны. Как нам известно, данный вид имеет самую большую длину волну, достигающую сотен километров. Поэтому они имеют достаточно выраженные волновые свойства, и практически полное отсутствие корпускулярных свойств. Большая длина волны улучшает дифракционные свойства, в результате чего их лучше всего описывает электродинамика.

2. Волны от видимого излучения и ультрафиолета. Данный тип волн относится к переходному типу - они имеют и волновые и корпускулярные свойства. Корпускулярные свойства света возможны только в том случае, когда частота волн достигает красной границы, а волновые возможны только при небольших щелях, а также достаточно большом расстоянии до рассматриваемого объекта.

3. Рентген, гамма-излучения. Из-за достаточно небольших размеров длины волны, соизмеримой с величиной атома, рассматривать волновые свойства достаточно трудно, однако в качестве частиц с энергией - вполне возможно. Причем данный вид излучений имеет огромную энергию. Поскольку зависимость между длиной волны и частотой - обратная.

Дифракция электронов

После несложных расчетов можно сделать вывод, что длина волны электрона достаточна для рассмотрения её волновых свойств.

Волновые свойства электронов были обнаружены Дэвиссоном и Джермером в 1927 году. Позднее было открыто, что дифракция на кристаллах возможна и с протонами, нейтронами и многими другими частицами.