Съвременна физика
Вълнов пакет на бавен електрон
Ниско K дава дълга дължина на вълната на дьо Бройл на λ-скалата на масата.
Вълнов пакет на бавен електрон — интерактивна симулация Съвременна физика. Ниско K дава дълга дължина на вълната на дьо Бройл на λ-скалата на масата. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.
Дълговълнови електрони
Ниско K дава дълга дължина на вълната на дьо Бройл на λ-скалата на масата.
Ниска кинетична енергия означава малък импулс и дълга дължина на вълната на дьо Бройл, така че дифракцията и интерференцията доминират над корпускулярните пътища. Тази настройка ползва бавни електрони, така че λ е голяма на масата и вълновото поведение е очевидно.
- λ = h/p
- Ниско K → дълга λ
Резюме на изследването
Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията
Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.
Водещ въпрос
Бавно движещ се електрон има по-дълга дължина на вълната на дьо Бройл от бърз. Означава ли това, че вълновата природа на бавен електрон е по-лесна или по-трудна за наблюдение експериментално?
Предсказвания за преценка
- По-трудна за наблюдение при бавни електрони.
- По-лесна — по-дълга вълна (съизмерима с атомни разстояния или размери на процепи) прави дифракцията и интерференцията по-изразени и детектируеми.
- Вълновите ефекти не зависят от дължината на вълната на електрона.
Роли на променливите
Какво задаваш ти:
- Кинетична енергия K (eV)
Какво измерваш:
- Дължина на вълната на дьо Бройл λ (pm)
Как протича изследването
- Отвори настройката бавна електронна вълна и натисни Нулирай. Тези електрони се движат много по-бавно, отколкото в експеримента електрон на дьо Бройл.
- Включи показанието за дължина на вълната на дьо Бройл.
- Задай (ниската) кинетична енергия на електрона за всеки опит и запиши дължината му на вълната на дьо Бройл.
Управляващо уравнение
Дължина на вълната на дьо Бройл при ниска енергия — λ = h/p
Понеже λ = h/√(2mK), снижаването на кинетичната енергия на електрона увеличава дължината му на вълната на дьо Бройл — бавните, „студени“ частици имат най-изразеното, най-лесно наблюдавано вълново поведение.
Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист
- За един опит изчисли λ = h/√(2m_eK) с K в обхвата 5-20 eV. Сравни с таблицата — забележи, че тези дължини (стотици pm) са по-дълги от тези на по-високоенергийния експеримент електрон на дьо Бройл.
- Обясни защо снижаването на кинетичната енергия (снижаване на импулса) винаги увеличава дължината на вълната на дьо Бройл, с λ = h/p.
Къде това се появява извън лабораторията
- Експериментът Дейвисън-Гърмер от 1927 г. разсейвал бавни електрони (енергии, сходни с този експеримент, десетки eV) от никелев кристал и наблюдавали дифракционна картина, съответстваща точно на предсказаната дължина на вълната на дьо Бройл — първото пряко експериментално потвърждение на вълните на материята. Обясни защо бавните електрони (с дължини на вълните, съизмерими с атомното разстояние в кристал) са били правилният избор за този експеримент.
- Техники като лазерно охлаждане могат да забавят атоми до изключително ниски кинетични енергии, давайки им дължини на вълните на дьо Бройл, достатъчно големи, за да се наблюдават поразителни квантови вълнови ефекти (като кондензатите на Бозе-Айнщайн). Обясни общия принцип, свързващ „по-студено“ с „по-вълноподобно“.
- 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
- Добре дошъл при бавната електронна вълна
- Избери електрона
- Натисни Пусни
- Дълга λ при ниска енергия
- Отвори панела Свойства
- Справи се!
Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.
Отвори интерактивната лаборатория →
Вълни на материята на дьо Бройл