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?
- По-тесни ивици — разстоянието между ивиците е пропорционално на дължината на вълната, а по-бързите електрони имат по-къси вълни.
- По-широки ивици за по-бързи електрони.
- Разстоянието между ивиците не зависи от скоростта на електрона.
2 · Постановка
- Отвори настройката електронен двоен процеп и натисни Нулирай. Разстояние между процепите = 100 nm, разстояние до екрана = 50 cm.
- Включи показанията за дължина на вълната на дьо Бройл и разстояние между ивиците.
- 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
- 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.
- 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
- 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“.
- 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.
Съвременна физика
- Фотоелектричен ефект: рязък енергиен праг
- Фотоелектричен ефект: спиращ потенциал
- Истинска фотоклетка: работата на излизане на натрия
- Комптоново разсейване: отместване на дължината на вълната при 90°
- Комптоново разсейване: максимум при обратно разсейване
- Комптоново разсейване: сравнение при малък ъгъл
- Серията на Балмер: видими спектрални линии на водорода
- Серията на Лиман: ултравиолетови линии на водорода
- Серията на Пашен: инфрачервени линии на водорода
- Радиоактивен разпад: датчиране с въглерод-14
- Медицински радиоизотопи: краткият период на полуразпад на технеций-99m
- Ядрена енергия на свързване: модел на течната капка