Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
DifEls / Методические указания.doc
Скачиваний:
11
Добавлен:
15.03.2016
Размер:
171.52 Кб
Скачать

Сибирский государственный университет

телекоммуникации и информатики

Уральский филиал

Сидоров В.Е.

ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ НА ЩЕЛИ

Методические указания к лабораторной работе для студентов

Екатеринбург

2001

Краткая теория.

В 1924 г. Луи де Бройль выдвинул гипотезу о том, что дуализм не является особенностью одних только оптических явлений, но имеет универсальное значение. Допуская, что частицы вещества наряду с корпускулярными свойствами имеют также и волновые, де Бройль перенес на случай частиц вещества те же правила перехода от одной картины к другой, какие справедливы в случае света. Фотон обладает энергией

и импульсом

По идее де Бройля движение электрона или какой-либо другой частицы связано с волновым процессом, длина волны которого равна

, (1)

где h постоянная Планка, p импульс частицы.

Гипотеза де Бройля вскоре была подтверждена экспериментально в опытах Дэвиссона и Джермера (исследовали отражение электронов от монокристаллов никеля) и Томсона и Тартаковского (исследовали прохождение пучка электронов через тонкую металлическую фольгу).

Как правило, в экспериментах по исследованию волновых свойств микрочастиц, их подвергают предварительному ускорению. Частица, имеющая заряд qи прошедшая ускоряющую разность потенциаловU, приобретает кинетическую энергиюT

(2)

т.к. начальная кинетическая энергия частицы T0 = 0.

В случае, если ускоряющее напряжение невелико, то

и(3)

Если же ускоряющее напряжение достаточно велико, то необходимо пользоваться формулами специальной теории относительности, и тогда

(4)

где c – скорость света в вакууме, а - энергия покоя микрочастицы.

Зная ускоряющее напряжение и характеристики микрочастицы, можно, пользуясь формулами (1)-(4), найти соответствующее значение длины волны де Бройля.

Модель гипотетического эксперимента

Программа DifEls моделирует работу гипотетической экспериментальной установки, которая позволяет качественно и количественно исследовать явления, присходящие при прохождении параллельного пучка электронов через одну или две бесконечно длинные щели при различных условиях эксперимента. Подобный гипотетический эксперимент подробно описан Р. Фейнманом в его известной книге «Фейнмановские лекции по физике». [1, ст. 204], [2, ст. 11].

Результаты модельного эксперимента фиксируются на кривой распределения и могут быть использованы для расчета волновых характеристик электронов.

Описание программы Математическая модель дифракции.

Положенная в основу программы математическая модель не использует приближенных формул для описания распределения интенсивности излучения в плоскости наблюдения. Вместо этого, в соответствии с принципом Гюйгенса - Френеля, участок волнового фронта, ограниченный размерами щели, заменятся набором точечных когерентных источников излучения [3, ст. 150].

Интенсивность излучения в заданной точке рассчитывается как результат интерференции колебаний каждого отдельного источника.

Программная модель.

Программная модель установки состоит из следующих элементов:

  • Источник электронов

  • Поглощающий экран со щелями

  • Устройство подсветки

  • Панель детекторов

  • Регистрирующее устройство

Для контроля и управления этими элементами предусмотрены следующие возможности:

  • Изменение ускоряющего напряжения электронов

  • Открытие и закрытие каждой из щелей

  • Изменение ширины щелей

  • Изменение расстояния между щелями

  • Подсветка каждой из щелей

  • Изменение расстояния между щелями и детекторами

  • Визуальное отображение «пучка электронов»

  • Визуальное отображение момента регистрации электрона детектором (появление красного индикатора)

  • Визуальное отображение «освещенного электрона»

Для более удобной работы предусмотрена возможность плавного регулирования скорости регистрации.

Соседние файлы в папке DifEls