الفيزياء الحديثة
حزمة موجة إلكترون بطيء
طاقة حركية K منخفضة تعطي طول موجة دي برولي طويلًا على طاولة مقياس λ.
حزمة موجة إلكترون بطيء — محاكاة الفيزياء الحديثة تفاعلية. طاقة حركية K منخفضة تعطي طول موجة دي برولي طويلًا على طاولة مقياس λ. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
إلكترونات طويلة الموجة
طاقة حركية K منخفضة تعطي طول موجة دي برولي طويلًا على طاولة مقياس λ.
طاقة حركية منخفضة تعني زخمًا صغيرًا وطول موجة دي برولي طويلًا، فتهيمن أثر الانعراج والتداخل على المسارات الشبيهة بالجسيم. تستخدم هذه التجربة إلكترونات بطيئة ليكون λ كبيرًا على الطاولة والسلوك الموجي واضحًا.
- λ = h/p
- K منخفضة → λ طويلة
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
للإلكترون البطيء طول موجة دي برولي أطول من السريع. هل يعني ذلك أن الطبيعة الموجية للإلكترون البطيء أسهل أم أصعب ملاحظةً تجريبيًا؟
توقعات للموازنة
- أصعب ملاحظةً للإلكترونات البطيئة.
- أسهل — طول موجي أطول (مقارن بالتباعدات الذرية أو أحجام الشقوق) يجعل الانعراج والتداخل أوضح وأسهل كشفًا.
- لا تعتمد التأثيرات الموجية على طول موجة الإلكترون.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الطاقة الحركية K (eV)
ما تقيسه:
- طول موجة دي برولي λ (pm)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة الإلكترون البطيء واضغط إعادة. هذه الإلكترونات أبطأ بكثير من تجربة دي برولي.
- فعّل قراءة طول موجة دي برولي.
- اضبط الطاقة الحركية المنخفضة للإلكترون لكل تجربة وسجل طول موجته دي برولي.
المعادلة الحاكمة
طول موجة دي برولي عند طاقة منخفضة — λ = h/p
بما أن λ = h/√(2mK)، فإن خفض الطاقة الحركية للإلكترون يزيد طول موجة دي برولي — الجسيمات البطيئة «الباردة» لها السلوك الموجي الأكثر وضوحًا وسهولة في الملاحظة.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب λ = h/√(2m_eK) باستخدام K في مدى 5-20 eV. قارن بالجدول — لاحظ أن هذه الأطوال الموجية (مئات pm) أطول من أطوال تجربة دي برولي ذات الطاقة الأعلى.
- اشرح لماذا خفض الطاقة الحركية (خفض الزخم) يزيد دائمًا طول موجة دي برولي، باستخدام λ = h/p.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- بدّدت تجربة دافيسون-جيرمر 1927 إلكترونات بطيئة (طاقات مماثلة لهذه التجربة، عشرات eV) على بلورة نيكل ورصدت نمط انعراج طابق طول موجة دي برولي المتنبأ به بالضبط — أول تأكيد تجريبي مباشر لموجات المادة. اشرح لماذا كانت الإلكترونات البطيئة (بأطوال موجية مقارنة للتباعد الذري في بلورة) الاختيار الصحيح لهذه التجربة.
- تستطيع تقنيات كالتبريد الليزري إبطاء الذرات إلى طاقات حركية دنيا للغاية، فتعطيها أطوال موجة دي برولي كبيرة بما يكفي لملاحظة تأثيرات موجية كمومية لافتة (كمكثفات بوز-أينشتاين). اشرح المبدأ العام الذي يربط «أبرد» بـ«أكثر موجية».
- 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 موجة الإلكترون البطيء
- حدد الإلكترون
- اضغط تشغيل
- λ طويل عند طاقة منخفضة
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.