Moderní fyzika
Vlnový paket pomalého elektronu
Nízké K dává dlouhou de Broglieho vlnovou délku na lavici s λ-škálou.
Vlnový paket pomalého elektronu — interaktivní simulace Moderní fyzika. Nízké K dává dlouhou de Broglieho vlnovou délku na lavici s λ-škálou. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Elektrony s dlouhou vlnovou délkou
Nízké K dává dlouhou de Broglieho vlnovou délku na lavici s λ-škálou.
Nízká kinetická energie znamená malou hybnost a dlouhou de Broglieho vlnovou délku, takže difrakce a interference převládají nad částicovými drahami. Tato předvolba používá pomalé elektrony, takže λ je na lavici velká a vlnové chování zjevné.
- λ = h/p
- Nízké K → dlouhé λ
Souhrn zkoumání
Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř
Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.
Hlavní otázka
Pomalu se pohybující elektron má delší de Broglieho vlnovou délku než rychlý. Znamená to, že vlnová povaha pomalého elektronu je experimentálně snazší, nebo těžší pozorovat?
Predikce k zvážení
- Těžší pozorovat pro pomalé elektrony.
- Snazší — delší vlnová délka (srovnatelná s atomovými rozestupy nebo velikostmi štěrbin) dělá difrakční a interferenční efekty výraznějšími a detekovatelnými.
- Vlnové efekty na vlnové délce elektronu nezávisí.
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Kinetická energie K (eV)
Co měříš:
- de Broglieova vlnová délka λ (pm)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu slow-electron-wave a stiskni Resetovat. Tyto elektrony se pohybují mnohem pomaleji než v experimentu electron-de-broglie.
- Zapni odečet de Broglieho vlnové délky.
- Nastav (nízkou) kinetickou energii elektronu pro každý pokus a zapiš jeho de Broglieho vlnovou délku.
Řídící rovnice
De Broglieho vlnová délka při nízké energii — λ = h/p
Protože λ = h/√(2mK), snížení kinetické energie elektronu zvětšuje jeho de Broglieho vlnovou délku — pomalé, „studené“ částice mají nejvýraznější, nejsnáze pozorovatelné vlnové chování.
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Pro jeden pokus spočti λ = h/√(2m_eK) s K v rozsahu 5-20 eV. Porovnej s tabulkou — všimni si, že tyto vlnové délky (stovky pm) jsou delší než v experimentu electron-de-broglie s vyšší energií.
- Vysvětli, proč snížení kinetické energie (snížení hybnosti) vždy zvětšuje de Broglieho vlnovou délku, pomocí λ = h/p.
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Experiment Davisson-Germer z roku 1927 rozptyloval pomalé elektrony (podobné energie jako tento experiment, desítky eV) na niklovém krystalu a pozoroval difrakční obrazec přesně odpovídající predikované de Broglieho vlnové délce — první přímé experimentální potvrzení hmotných vln. Vysvětli, proč pomalé elektrony (s vlnovými délkami srovnatelnými s atomovým rozestupem v krystalu) byly správnou volbou pro tento experiment.
- Techniky jako laserové chlazení dokáží zpomalit atomy na extrémně nízké kinetické energie, čímž dostanou de Broglieho vlnové délky dost velké na pozorování nápadných kvantových vlnových efektů (jako Bose-Einsteinovy kondenzáty). Vysvětli obecný princip spojující „studenější“ s „víc vlnové“.
- 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
- Vítej v Pomalé elektronové vlně
- Vyber elektron
- Stiskni Spustit
- Dlouhé λ při nízké energii
- Otevři panel Vlastnosti
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →