Nízkoenergetické elektrony: výraznější vlnová povaha

1 · Predikuj

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?

• 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.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu slow-electron-wave a stiskni Resetovat. Tyto elektrony se pohybují mnohem pomaleji než v experimentu electron-de-broglie.
2. Zapni odečet de Broglieho vlnové délky.
3. Nastav (nízkou) kinetickou energii elektronu pro každý pokus a zapiš jeho de Broglieho vlnovou délku.

3 · Sbírej data

Vynes vlnovou délku λ (osa y) proti 1/√K (osa x) pro své tři pokusy. Porovnej škálu těchto vlnových délek s experimentem electron-de-broglie.

4 · Analyzuj

1. 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.
2. Vysvětli, proč snížení kinetické energie (snížení hybnosti) vždy zvětšuje de Broglieho vlnovou délku, pomocí λ = h/p.

5 · Rozšiř

1. 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.
2. 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“.

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky