СодержаниеВведение. 2
1. Фотоэлектрический эффект и дискретная природа света. 3
2. Дифракция электронов. 11
3. Применение явления корпускулярно – волнового дуализма. 14
Выводы. 17
Список использованной литературы. 18ВведениеВведение.
Долгое время в физике главенствовала волновая теория света, а микроскопическим частицам вещества, атомам например, приписывали исключительно корпускулярные свойства. Но с этих позиций не удалось создать стройную и непротиворечивую теорию строения атома. Опыты Резерфорда показали «ажурное» строение атома, где основная масса содержится в ядре диаметром порядка , а электроны заполняют весь остальной объем. Но было доказано, что такая система не может быть устойчивой без движения электронов. Этот факт и многие другие привели к разумению того, что к микроскопическим частицам нельзя подходить с уравнениями классической механики.
Открытие явления фотоэффекта также не вписывалось в рамки классической физики. Это привело к созданию квантовой механики, в которой микрочастицам приписывают особые свойства невозможные с точки зрения классической физики.
Целью данной работы будет рассмотреть понятие корпускулярно – волнового дуализма для микрочастиц и излучения, рассмотреть основные формулы и законы, что описывают эти явления и проанализировать как дуализм свойств микрочастиц и излучения применяется в науке, технике, насколько широко распространились приборы и устройства применяющие эти свойства вещества.
1. Фотоэлектрический эффект и дискретная природа света.
Сущность фотоэффекта состоит в испускании веществом быстрых электронов под воздействием достаточно коротковолнового излучения, падающего на это вещество. При этом оказы¬вается, и это очень существенно, что энергия испускаемых электронов совершенно не зависит от интенсивности погло¬щаемого излучения, а определяется только его частотой и свойствами самого вещества. От интенсивности излуче¬ния зависит только число испускаемых электронов.
Этим простым эмпирическим законам оказалось очень трудно дать удовлетворительное теоретическое объясне¬ние, о частности, большие трудности встретили на своем пути попытки объяснить элементарный механизм высво¬бождения фотоэлектрического электрона, или, как сейчас принято говорить, фотоэлектрона.
Действительно, волновая теория света, которая к 1900 г. казалась совершенно безупречной и неоспоримой, приво¬дила к представлению о равномерном распределении энер¬гии излучения в световой волне. Падая на электрон, свето¬вая волна непрерывно передает ему энергию, причем коли¬чество энергии, полученной электроном в единицу времени, например в секунду, согласно волновой теории должно быть пропорционально интенсивности падающей на него волны. Поэтому объяснить законы фотоэффекта казалось очень трудно.
В 1905 г. Эйнштейн высказал мысль о том, что фотоэлектрический эффект указывает на ди¬скретное строение света, связанное с существованием кван¬тов. Первоначально гипотеза Планка в ее наиболее смелой форме состояла в предположении, что вещество может , поглощать энергию излучения только конечными порция¬ми, пропорциональными частоте. Успех планковой теории черного излучения подтвердил справедливость этой гипо¬тезы. Но если эта гипотеза верна, то представляется впол¬не вероятным, что дискретная природа света, проявляющаяся в моменты поглощения и испускания, должна со¬храняться также и в остальные промежуточные моменты времени, т. е. тогда, когда излучение свободно распростра¬няется в пространстве. Эйнштейн допустил, что любое монохроматическое из¬лучение состоит из совокупности квантов, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте, а коэффициент пропорциональности равен, разумеется, постоянной Планка. Это позволило легко объяснить законы фото¬эффекта. В самом деле, электрон, находящийся внутри вещества, поглощая квант света, либо покинет вещество, либо останется внутри него. Все зависит от того, пре¬вышает ли энергия светового кванта работу, которую на¬до совершить электрону, чтобы покинуть вещество, т. е., как говорят, работу выхода. Следовательно, кинетическая энергия выбитого электрона будет равна энергии погло¬щенного светового кванта минус работа выхода.
Альберт Эйнштейн в 1905 году также предложил формулу которая сейчас носит название закона фотоэффекта:
(1.1).
Поскольку кинетическая энергия частицы равна: , то формулу (1) можно переписать в виде:
(1.2) где: А – работа выхода электрона с поверхности металла,
m – масса фотоэлектрона, она равна ,
V – скорость фотоэлектрона,
h – постоянная Планка, .
Таким образом, кинетическая энергия испускаемых электронов должна быть линейной функцией частоты па¬дающего излучения, а коэффициент пропорциональности численно должен быть равен постоянной Планка. Все эти выводы оказались в прекрасном соответствии с опытом. Исследования зависимости фотоэффекта от частоты пада¬ющего света показывают, что фотоэлектроны возникают лишь тогда, когда частота начинает превышать некоторое значение: порог фотоэффекта, этот порог получил название красной границы фотоэффекта:
(1.3)
(1.4)
В области частот, превышающих пороговое значение, кинетическая энергия электронов с большой точностью оказывается линейной функцией частоты падающего све¬та. Измерения тангенса угла наклона кривой, представля¬ющей зависимость энергии фотоэлектронов от частоты, показали, что он численно равен постоянной Планка. Этот метод используется для нахождения значения постоянной Планка. С точки зрения выдвинутой Эйнштейном гипотезы интенсив¬ность падающего света определяется, естественно, числом световых квантов, падающих в секунду на один квадрат¬ный сантиметр освещаемой поверхности. Следовательно, число фотоэлектронов, испускаемых единицей поверхности в единицу времени, должно быть пропорционально интен¬сивности освещения.
Таково было объяснение законов фотоэффекта, предло¬женное Эйнштейном в 1905 г. Эту теорию он назвал кван¬товой теорией света. В настоящее время кванты света на¬зываются фотонами и поэтому теория Эйнштейна полу¬чила название фотонной теории. В течение последующих тридцати лет существование фотонов было неоднократно подтверждено многими опытами. Опыты по фотоэффекту, проводившиеся со все возрастающей точностью, не только со светом, но также с рентгеновскими лучами и γ-лучами, подтвердили справедливость положений, выдвинутых Эйн¬штейном, и развитой им фотонной теории. Поскольку ча¬стоты, соответствующие рентгеновским и γ-лучам, сильно превышают частоту видимого света, то и энергия соот¬ветствующих квантов много больше энергии фотонов. Таким образом, эти лучи оказываются способными вырывать не только слабо связанные электроны, находя¬щиеся в поверхностном слое вещества, но также и внут¬ренние электроны, прочно связанные с ядрами атомов. Поскольку изучение спектров рентгеновских лучей позволяет очень точно определить работу, необходимую для вырывания какого-либо внутреннего электрона данного атома, то измерения с рентгеновскими лучами позволяют найти работу выхода с относительной точностью, гораздо большей, чем в случае опытов со светом.ЛитератураСписок использованной литературы.
1. Дущенко В. П., Кучерук И. М. Общая физика. – К.: Высшая школа, 1995. – 430 с.
2. Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики. В 3 т. – М.: Наука, 1995. – 343 с.
3. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем. – М.: Мир, 1983. – 520 с.
4. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1982. – 846 с.
5. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3 Т., Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 2003. - Т.3. – 387 с.
6. Л. Де Бройль Революция в физике. Пер. с фр. – М.: Атомиздат, 1965. – 230 с.
|
|
