Кафедра общей и технической физики
Отчёт по лабораторной работе № 12
По дисциплине: Спецфизика
Тема: «Дифракция электронов»
Выполнил: студент гр. ЭРБ-14 ______________ / Олейников Ю.В./
(подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: Доцент ____________ /Тупицкая Н.А./
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
Цель работы: Исследование волновых свойств электронов.
Схема установки
Рис. 1. Экспериментальная установка дифракции электронов,
1 — электронно-дифракционная трубка с креплением;
2 — источник питания высоковольтный, 0 - 10 кВ;
3 — источник постоянного напряжения и тока;
4 —резистор 10 МОм.
Электрическая схема установки представлена на рис. 2.
Источник переменного напряжения U~ осуществляет нагрев катода электронно-дифракционной трубки.
Источник высоковольтного напряжения 2 обеспечивает необходимую длину волны λ электронного пучка.
Источник постоянного напряжения 0 - 600 В обеспечивает фокусировку и яркость дифракционной картины.
|
|
Рис. 2. Электрическая схема установки
Основные теоретические положения
Полезную информацию о структуре некоторых кристаллических твердых тел можно получить путем использования дифракционных методов, когда длина волны сравнима с размерами атомов. В 1912 г. Лауэ высказал предположение, что кристаллы можно рассматривать как трехмерную дифракционную решетку для рентгеновских лучей, длина которых сравнима с межатомными расстояниями, и что на основании дифракционной картины можно судить о правильном расположении атомов в кристалле. Метод дифракции рентгеновских лучей и по сей день остается основным источником информации о структуре кристаллов, хотя в настоящее время для этих же целей используется дифракция электронов и нейтронов.
Качество дифракционной картины, получающегося при отражении от определенных плоскостей, зависит как от атомного фактора рассеяния (или форм-фактора) для атомов, из которых состоят эти плоскости, так и от того, разрешено ли отражение с точки зрения структурного фактора.
При исследовании теплового излучения абсолютно чёрного тела и явления фотоэффекта было установлено, что испускание и поглощение излучения происходит отдельными порциями (квантами), причём энергия кванта излучения равна E = hn или в другой записи:
E = ħw
Квант электромагнитного излучения, или фотон как частица (корпускула) особого рода, не имеющая массы покоя, обладает энергией (1) и импульсом:
Кроме того, исходя из общего соотношения между массой и энергией
Итак, было установлено, что свет (излучение) обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами.
Впервые гипотезу о волновых свойствах электрона высказал в 1925 г. французский физик Луи де Бройль. Основная мысль де Бройля сводилась к тому, что можно применить квантовую теорию света для описания волновых свойств, движущихся элементарных частиц. При этом он предположил, что движущийся свободный электрон, имеющий импульс 
и кинетическую энергию Е, описывается такой же функцией, что и плоская волна.
В 1927 г. гипотеза де Бройля была подтверждена опытами по дифракции электронов, а еще позже на опыте были установлены волновые свойства и других элементарных частиц. Поэтому можно сказать, что электрону, движущемуся со скоростью 
, при условии, что 
будет соответствовать длина волны:
,
называемая длиной волны де Бройля. Распространение волн де Бройля не связано с распространением в пространстве электромагнитного поля. Волны де Бройля имеют специфическую квантовую природу, не имеющую аналогов в классической физике.