從粒子性角度論述電子衍射條紋的成因

摘 要：電子與縫隙壁發(fā)生不同程度的斜碰而形成不同性質(zhì)的自轉(zhuǎn)性能。在電子衍射實(shí)驗(yàn)中，自轉(zhuǎn)性能較強(qiáng)的電子與檢測(cè)屏相互作用面積較大，形成的斑點(diǎn)較大。由于不同的相互作用面積，形成面積不同的斑點(diǎn)，斑點(diǎn)大小不同的規(guī)律性形成了衍射圖譜具有條紋性質(zhì)。

關(guān)鍵詞：摩擦力 滾動(dòng) 作用面積 斑點(diǎn) 條紋

《從光的粒子性角度論述光的衍射現(xiàn)象的成因》一文，只粗略的論述了光的波動(dòng)性不同所形成的光的衍射的成因。當(dāng)考慮到類似較大粒子（電子）的衍射現(xiàn)象就不能僅僅依據(jù)波動(dòng)性的性質(zhì)來描述了。本文從更細(xì)微的另一角度論述了電子衍射條紋的成因。

一、粒子的自轉(zhuǎn)性能對(duì)相互作用面積的影響

兩個(gè)粒子相互作用，或者粒子和某平面的相互作用時(shí)，粒子的自轉(zhuǎn)性質(zhì)會(huì)影響相互作用的接觸面積的。而且有，基本相同的粒子，自轉(zhuǎn)性能越大的，相互作用的接觸面積越大。有以下實(shí)驗(yàn)可以證明這一性質(zhì)。

1.實(shí)驗(yàn)器材：彈性球一個(gè)，顏色涂料，平面一個(gè)。

2.實(shí)驗(yàn)方法：把顏色均勻涂在彈性球表面，以備和平面發(fā)生碰撞后，在平面上留下顏色斑點(diǎn)，用斑點(diǎn)的大小來判斷作用面積的大小不同。

3.實(shí)驗(yàn)步驟：（1）讓彈性球無自轉(zhuǎn)性能時(shí)與平面發(fā)生垂直碰撞。（2） 讓彈性球具有自轉(zhuǎn)性能的情況下，與平面做同樣的同速垂直碰撞。（3） 讓彈性球無自轉(zhuǎn)但和平面存在較大夾角的情況下與平面碰撞。

4.觀測(cè)結(jié)果：第（1）種情況中的接觸面積較小，第（2）種情況和第（3）種情況的接觸面積較大。

5.性質(zhì)分析：如圖1所示。

由于彈性球的自轉(zhuǎn)，和平面相互作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生向左的摩擦力f，在摩擦力作用下，彈性球向左移動(dòng)，在摩擦力不能抵消掉自轉(zhuǎn)性能時(shí)，同時(shí)在自轉(zhuǎn)力矩作用下向左滾動(dòng)（灰色）。所以在相互作用的時(shí)間內(nèi)，彈性球滾動(dòng)了一段距離，導(dǎo)致相互作用面積增大。

當(dāng)無自轉(zhuǎn)情況中，彈性球垂直彈起，相互作用面積不會(huì)增大。

當(dāng)彈性球無自轉(zhuǎn)，但和平面存在較大夾角（入射角大于0）時(shí)，相互作用時(shí)，作用力方向遠(yuǎn)離質(zhì)心，彈性球會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩。力矩會(huì)導(dǎo)致彈性球自轉(zhuǎn)。即在相互作用的時(shí)間里具有了自轉(zhuǎn)性質(zhì)，這個(gè)自轉(zhuǎn)性質(zhì)仍可以增大作用面積（圖解略）。

6.結(jié)論。粒子碰撞中，粒子的自轉(zhuǎn)會(huì)影響相互作用的接觸面積。且自轉(zhuǎn)性能越強(qiáng)，相互作用的接觸面積越大。

二、微粒子相互作用的不同姓

即便是宏觀的粒子（平面等）所謂的表面也是由微粒子有規(guī)律的構(gòu)成。所以要考慮微粒子的相互作用，就不能只考慮彈性碰撞的情況了，類似于非彈性碰撞的性質(zhì)是很明顯的。但是，第一節(jié)論述的，自轉(zhuǎn)性能對(duì)相互作用面積的影響，也是適合非彈性碰撞的情況的。比如，類似于物體與液體（水）表面相互作用的情況，甚至物體攝入液體內(nèi)的情況。也必定具有自轉(zhuǎn)性能越強(qiáng)作用區(qū)域越大的性質(zhì)（實(shí)驗(yàn)圖解略）。

三、電子衍射條紋的成因

相對(duì)于光粒子，電子屬于較大粒子可視為較高維度的光粒子（二維異胎性質(zhì)）。

由《從光的粒子性角度論述光的衍射現(xiàn)象的成因》一文（文中圖4）可知，微粒子與縫隙的兩個(gè)壁發(fā)生極大程度的斜碰，產(chǎn)生極大的自轉(zhuǎn)速度的微粒子，其自轉(zhuǎn)性能最強(qiáng)，與檢測(cè)屏相互作用的面積最大，表現(xiàn)為微粒子顯示的斑點(diǎn)最大，分布在兩個(gè)區(qū)域。也就是說圖中表現(xiàn)為波動(dòng)性強(qiáng)的區(qū)域同時(shí)代表著斑點(diǎn)較大。如圖2所示。

由以上分析可知，在較大粒子（電子）的衍射實(shí)驗(yàn)中，與縫隙壁發(fā)生作用后產(chǎn)生的自轉(zhuǎn)性能越強(qiáng)的電子，在檢測(cè)屏上顯示的斑點(diǎn)越大，且是固定的區(qū)域。所以，光的衍射可以有顏色來區(qū)別不同區(qū)域，而電子要用斑點(diǎn)的大小來區(qū)別不同性質(zhì)。所以，從斑點(diǎn)大小上就可以存在不同姓而具有類似條紋的性質(zhì)。

另一方面，即便是按數(shù)量來判定，電子是密度相同的均勻分布性質(zhì)，但當(dāng)電子數(shù)量巨大，斑點(diǎn)大的凸顯密集了，形成密度較大的假象。也就是說，電子的自轉(zhuǎn)性能的不同導(dǎo)致了斑點(diǎn)大小有規(guī)律的分布是形成條紋的主要原因。

中間的部分，要考慮電子無摩擦通過的情況，相比其他區(qū)域的次數(shù)較多時(shí)，雖然斑點(diǎn)較小，但數(shù)量巨大時(shí)也會(huì)形成密集的性質(zhì)，此種情況屬于縫隙較大中間無摩擦通過的數(shù)量較多導(dǎo)致的密度較大的絕對(duì)性。

較遠(yuǎn)區(qū)域，雖然電子由于傾斜碰撞也可以產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，但是由于傾斜角不是太大，也不如與縫隙壁產(chǎn)生極大程度的斜碰導(dǎo)致的自轉(zhuǎn)性能更強(qiáng)。所以，整體來觀察，條紋具有中間部分較明顯，也是兩邊越是不太明顯的性質(zhì)。

四、結(jié)論

電子的衍射實(shí)驗(yàn)中，電子的自轉(zhuǎn)性能越大，與檢測(cè)屏相互作用的接觸面積越大，顯示的斑點(diǎn)越大，在電子數(shù)量巨大的實(shí)驗(yàn)中，斑點(diǎn)大的形成密度較大的假象，是形成電子衍射條紋的主要原因。

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