ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
Лабораторная работа
ИЗУЧЕНИЕ РАССЕЯНИЯ МЕДЛЕННЫХ
ЭЛЕКТРОНОВ НА АТОМАХ (ЭФФЕКТ РАМЗАУЭРА)
Цель работы: изучение рассеяния медленных электронов на
атомах ксенона. Определение энергии, при которых наблюдается
эффект Рамзауэра. Определение размер внешней электронной обо-
лочки атома ксенона.
Приборы и инструменты: установка для демонстрации эф-
фекта Рамзауэра, тиратрон ТГ3 01/1.3, заполненный ксеноном, циф-
ровой мультиметр GDM-8135, цифровой мультиметр GDM-8145,
осциллограф универсальный GOS-620/620FG.
Волновые свойства частиц.
Гипотеза де Бройля
В 1924 г. Луи де Бройль выдвинул гипотезу, согласно которой
каждая материальная частица обладает волновыми свойствами,
причем соотношения, связывающие волновые и корпускулярные
характеристики частицы остаются такими же, как и в случае элек-
тромагнитного излучения. Напомним, что энергия E и импульс p
фотона связаны с круговой частотой w и длиной волны λ соотноше
-
ниями
.
2
,
λ
π
=
== === kpwE
По гипотезе де Бройля, движущейся частице, обладающей
энергией E и импульсом p, соответствует волновой процесс, частота
которого равна
=
E
w =
, (1)
4
а длина волны
p
Б
=
π
λ
2
=
. (2)
Как известно, плоская волна с частотой w, распространяющаяся
вдоль оси x, может быть представлена в комплексной форме
(
)
[
]
kxwtiAtx
−
−
=
exp),(
ζ
где A – амплитуда волны, а
λ
π
2
=k
– волновое число.
Согласно гипотезе де Бройля, свободной частице с энергией E и им-
пульсом p, движущейся вдоль оси x, соответствует плоская волна
Ψ
()
(,) exp
⎡
⎤
=−−
⎢
⎥
⎣
⎦
=
i
x
tA Etpx, (3)
распространяющаяся в том же направлении и описывающая волно-
вые свойства частицы. Эту волну называют волной де Бройля. Со-
отношения, связывающие волновые и корпускулярные свойства
частицы:
kpwE
G
=
G
= == ,
, (4)
где
p
G
– импульс частицы, а k
G
– волновой вектор, получили назва-
ние уравнений де Бройля.
Эффект Рамзауэра
Ранее К. Рамзауэр, исследуя упругое рассеяние электронов на
атомах аргона, обнаружил явление, которое не находило объяснения
в рамках классической физики. Лишь через несколько лет стало яс-
но, что это явление представляет собой еще одно подтверждение
волновых свойств электрона и является электронным аналогом хо-
рошо известного в оптике пятна Пуассона.
Рамзауэр исследовал
поперечное сечение упругого рассеяния
электронов
σ
на атомах аргона при энергии электронов E от долей
электронвольта до нескольких десятков электронвольт. Сечение уп-
ругого рассеяния электронов определяется выражением
nv
N
=
σ
, (5)
Лабораторная работа а длина волны
ИЗУЧЕНИЕ РАССЕЯНИЯ МЕДЛЕННЫХ 2π= .
λБ = (2)
ЭЛЕКТРОНОВ НА АТОМАХ (ЭФФЕКТ РАМЗАУЭРА) p
Как известно, плоская волна с частотой w, распространяющаяся
Цель работы: изучение рассеяния медленных электронов на вдоль оси x, может быть представлена в комплексной форме
атомах ксенона. Определение энергии, при которых наблюдается ζ ( x, t ) = A exp[− i(wt − kx )]
эффект Рамзауэра. Определение размер внешней электронной обо- 2π
где A – амплитуда волны, а k = – волновое число.
лочки атома ксенона. λ
Согласно гипотезе де Бройля, свободной частице с энергией E и им-
Приборы и инструменты: установка для демонстрации эф- пульсом p, движущейся вдоль оси x, соответствует плоская волна
фекта Рамзауэра, тиратрон ТГ3 01/1.3, заполненный ксеноном, циф- ⎡ i ⎤
ровой мультиметр GDM-8135, цифровой мультиметр GDM-8145, Ψ ( x, t ) = A exp ⎢ − ( Et − px ) ⎥ , (3)
⎣ = ⎦
осциллограф универсальный GOS-620/620FG.
распространяющаяся в том же направлении и описывающая волно-
вые свойства частицы. Эту волну называют волной де Бройля. Со-
отношения, связывающие волновые и корпускулярные свойства
Волновые свойства частиц. частицы:
G
G
Гипотеза де Бройля E = =w, p = =k , (4)
G G
В 1924 г. Луи де Бройль выдвинул гипотезу, согласно которой где p – импульс частицы, а k – волновой вектор, получили назва-
каждая материальная частица обладает волновыми свойствами, ние уравнений де Бройля.
причем соотношения, связывающие волновые и корпускулярные
характеристики частицы остаются такими же, как и в случае элек-
Эффект Рамзауэра
тромагнитного излучения. Напомним, что энергия E и импульс p
фотона связаны с круговой частотой w и длиной волны λ соотноше- Ранее К. Рамзауэр, исследуя упругое рассеяние электронов на
ниями атомах аргона, обнаружил явление, которое не находило объяснения
2π= в рамках классической физики. Лишь через несколько лет стало яс-
E = =w, p = =k = . но, что это явление представляет собой еще одно подтверждение
λ
По гипотезе де Бройля, движущейся частице, обладающей волновых свойств электрона и является электронным аналогом хо-
энергией E и импульсом p, соответствует волновой процесс, частота рошо известного в оптике пятна Пуассона.
которого равна Рамзауэр исследовал поперечное сечение упругого рассеяния
E электронов σ на атомах аргона при энергии электронов E от долей
w= , (1) электронвольта до нескольких десятков электронвольт. Сечение уп-
=
ругого рассеяния электронов определяется выражением
N
σ= , (5)
nv
3 4
