Електронна интерференция от двоен процеп

1 · Предскажи

Електрони, изстрелвани един по един през два тесни процепа, изграждат интерференчна картина на екран, точно като светлинните вълни. Произвежда ли по-бърз електрон (по-къса дължина на вълната на дьо Бройл) по-широки или по-тесни интерференчни ивици?

2 · Постановка

  1. Отвори настройката електронен двоен процеп и натисни Нулирай. Разстояние между процепите = 100 nm, разстояние до екрана = 50 cm.
  2. Включи показанията за дължина на вълната на дьо Бройл и разстояние между ивиците.
  3. Задай кинетичната енергия на електрона за всеки опит и запиши разстоянието между интерференчните ивици на екрана.

3 · Събери данни

Кинетична енергия K (eV)Дължина на вълната на дьо Бройл λ (pm)Разстояние между ивиците y (cm)
100.00
150.00
200.00

Чертай разстоянието между ивиците y (ос y) спрямо дължината на вълната λ (ос x) за трите си опита. Права ли е линията през началото?

4 · Анализирай

  1. За един опит изчисли λ = h/√(2m_eK), после разстоянието между ивиците y = λL/d с разстояние до екрана L = 50 cm и разстояние между процепите d = 100 nm. Сравни и двете с таблицата.
  2. Обясни защо това е точно същата формула за ивици от двоен процеп, ползвана за светлината — щом приемеш, че електроните имат дължина на вълната, тяхната интерференчна картина подчинява се на идентична вълнова математика.

5 · Надгради

  1. Забележително, тази интерференчна картина се изгражда дори когато електроните минават през уреда един по един, с дълги паузи между тях. Обясни защо това изключва идеята, че електроните просто интерферират ЕДИН С ДРУГ, и вместо това подсказва, че всеки електрон някак си „интерферира със самия себе си“.
  2. Ако настроиш детектор, който да определя през кой процеп всъщност минава всеки електрон, интерференчната картина изчезва — получаваш две прости ленти вместо нея. Защо „измерването кой път“ би унищожило фундаментално вълновата интерференция?

Физиката зад този експеримент

Дължина на вълната на дьо Бройл

Електрон с импулс p се държи като вълна с дължина на вълната λ = h/p = h/√(2mK) — именно тази дължина на вълната задава после интерференционната картина. Както при светлината, два кохерентни източника, разположени на разстояние d, дават ивици, разположени на y = λL/d на екран на разстояние L; по-бързият (с по-голямо K) електрон има по-къса λ и следователно по-плътно разположени ивици.

← Назад към експеримента

Съвременна физика

138 безплатни работни листа по физика за печат