Нискоенергийни електрони: по-изразена вълнова природа

1 · Предскажи

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?

• 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.

2 · Постановка

1. Отвори настройката бавна електронна вълна и натисни Нулирай. Тези електрони се движат много по-бавно, отколкото в експеримента електрон на дьо Бройл.
2. Включи показанието за дължина на вълната на дьо Бройл.
3. Задай (ниската) кинетична енергия на електрона за всеки опит и запиши дължината му на вълната на дьо Бройл.

3 · Събери данни

Чертай дължината на вълната λ (ос y) спрямо 1/√K (ос x) за трите си опита. Сравни мащаба на тези дължини с тези от експеримента електрон на дьо Бройл.

4 · Анализирай

1. 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.
2. Обясни защо снижаването на кинетичната енергия (снижаване на импулса) винаги увеличава дължината на вълната на дьо Бройл, с λ = h/p.

5 · Надгради

1. 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.
2. 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“.

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат