الفيزياء الحديثة
الشق المزدوج للإلكترون
بدّل إلى وضع الشقين — تتدرج الأهداب مع λ والمسافة بين الشقين.
الشق المزدوج للإلكترون — محاكاة الفيزياء الحديثة تفاعلية. بدّل إلى وضع الشقين — تتدرج الأهداب مع λ والمسافة بين الشقين. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
تداخل موجات المادة
بدّل إلى وضع الشقين — تتدرج الأهداب مع λ وتباعد الشقين.
الإلكترونات عبر شقين تنتج تداخلًا كالفوتونات، لكن أطوال موجة دي برولي للإلكترونات بالكيلوفولت تكون بالبيكومتر — الأنماط دقيقة جدًا. يبالغ المسبق في الطول الموجي على مقياس صفي لتكون تباعد الأهداب Δy = λL/d مرئيًا عند تغير تباعد الشقين أو الطاقة.
- Δy = λL/d
- ازدواجية موجة–جسيم
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
إلكترونات تُطلق واحدًا واحدًا عبر شقين ضيقين تبني نمط تداخل على حائل، كما تفعل موجات الضوء. هل ينتج الإلكترون الأسرع (الأقصر طولًا موجيًا بدي برولي) أهدابًا أعرض أم أضيق؟
توقعات للموازنة
- أضيق — تباعد الأهداب يتناسب مع الطول الموجي، والإلكترونات الأسرع أطوالها الموجية أقصر.
- أهداب أعرض للإلكترونات الأسرع.
- لا يعتمد تباعد الأهداب على سرعة الإلكترون.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الطاقة الحركية K (eV)
ما تقيسه:
- طول موجة دي برولي λ (pm)
- تباعد الأهداب y (cm)
كيف يجري التحقيق
- افتح مسبق شقي الإلكترون واضغط إعادة الضبط. تباعد الشقين = 100 nm، وبعد الشاشة = 50 cm.
- فعّل قراءتي طول موجة دي برولي وتباعد الأهداب.
- اضبط الطاقة الحركية للإلكترون لكل تجربة وسجل تباعد أهداب التداخل على الحائل.
المعادلة الحاكمة
تباعد أهداب تداخل الإلكترون — λ = h/p
تمامًا كالضوء، مصدرا موجات مترابطان يفصل بينهما d ينتجان أهداب تداخل متباعدة y = λL/d على شاشة على بعد L. للإلكترونات، λ هي طول موجة دي برولي h/√(2mK)، فالإلكترونات الأسرع تنتج أهدابًا أكثر تقاربًا.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب λ = h/√(2m_eK)، ثم تباعد الأهداب y = λL/d باستخدام بعد الشاشة L = 50 cm وتباعد الشقين d = 100 nm. قارن كليهما بالجدول.
- اشرح لماذا هذه هي صيغة أهداب الشق المزدوج نفسها المستخدمة للضوء بالضبط — متى قبلت أن للإلكترونات طولًا موجيًا، أطاع نمط تداخلها الرياضيات الموجية ذاتها.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- بشكل لافت، يُبنى نمط التداخل هذا حتى حين تُطلق الإلكترونات عبر الجهاز واحدًا واحدًا وبفواصل طويلة بينها. اشرح لماذا يستبعد ذلك فكرة أن الإلكترونات تتداخل مع بعضهاها ببساطة، ويوحي بدلًا منه أن كل إلكترون «يتداخل مع نفسه» على نحو ما.
- إذا نصبت كاشفًا لتحديد أي شق مرّ كل إلكترون فعلًا، يختفي نمط التداخل — فتحصل على حزمتين بسيطتين بدلًا منه. لماذا قد «يدمر قياس أي مسار» التداخل الموجي جذريًا؟
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.2 Quantum physics
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- أهلًا بك في شق الإلكترون المزدوج
- حدد الإلكترون
- اضغط تشغيل
- أهداب ساطعة ومعتمة
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.