Природа электромагнитного излучения. Корпускулярно-волновой дуализм

С современной точки зрения ЭМИ представляет собой поток особых частиц, называемых фотонами. Фотоны обладают корпускулярно-волновым дуализмом [4], сочетая в себе свойства и частицы, и волны одновременно. Взаимосвязь корпускулярных и волновых свойств можно видеть в записи энергии фотона (4.18), где она выражается через волновые (длина и частота волны) и корпускулярные (масса и импульс) свойства фотона. Из формулы (4.18) следует выражение, наглядно отражающее корпускулярно-волновой дуализм фотона:

                                                     .                                           (4.28)

Перечислим свойства волны и частицы, которыми они обладают в классической механике:

Частица: 1) неделима во всех взаимодействиях; 2) имеет траекторию движения; 3) локализована в пространстве, т. е. в данный момент времени занимает определенную точку пространства.

Волна: 1) делится; 2) не имеет траектории; 3) занимает все пространство.

Рис. 4.6.

Рассмотрим прохождение фотоном щели (рис. 4.6, а). После щели фотон попадает в определенную точку экрана (как частица фотон является неделимым). С другой стороны, фотон как волна испытывает явление дифракции и может отклониться на произвольный угол от первоначального направления движения. Вероятность отклонения на разные углы неодинакова. Наибольшая вероятность соответствует углам, при которых наблюдаются максимумы дифракционной картины, получаемой при накоплении достаточно большого числа фотонов (рис. 4.6, б).

Волновые свойства у электромагнитного излучения (потока фотонов) проявляются в таких явлениях, как интерференция, дифракция и поляризация. Волновые же свойства отдельного фотона проявляются в вероятностном характере его поведения, они описывают вероятность его обнаружения в различных точках экрана (пространства). Эта особенность волновых свойств фотона является важной при построении квантовой механики [4].

При увеличении частоты фотона(уменьшении его длины волны), все четче проявляются корпускулярные свойства электромагнитного излучения.

Вопросы и задания для самоконтроля к лекции 13

1. Сформулируйте определение внешнего фотоэффекта. Опишите основные ее закономерности.

2. Как изменится кинетическая энергия выбитых фотоэлектронов, если при фотоэффекте увеличить частоту облучающего света, не изменяя общую интенсивность излучения?

3. Определите работу выхода электронов из катода, если катод вакуумного фотоэлемента освещается светом с энергией квантов 9 эВ и фототок прекращается при подаче на фотоэлемент запирающего напряжения 3 В.

4. Сформулируйте определение эффекта Комптона. Выведите формулу Комптона.

5. При комптоновском рассеянии энергия падающего фотона распределяется поровну между рассеянным фотоном и электроном отдачи. Угол рассеяния 90⁰. Найти энергию и импульс падающего фотона.

 

Элементы квантовой механики

Лекция 14

Основные понятия и законы, которые должны быть освоены в ходе лекции: гипотеза де Бройля, волны де Бройля, длина волны де Бройля, микрочастица; соотношения неопределенностей Гейзенберга, сопряженные величины; волновая функция, плотность вероятности, условие нормировки для волновой функции; уравнение Шредингера.