Moderne fysik
Dobbeltspalte med elektroner
Skift til dobbeltspaltetilstand — striberne skalerer med λ og spalteafstanden.
Dobbeltspalte med elektroner — interaktiv Moderne fysik-simulation. Skift til dobbeltspaltetilstand — striberne skalerer med λ og spalteafstanden. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.
Interferens af stofbølger
Skift til dobbeltspalte-tilstand — stribernes afstand skalerer med λ og spalteafstanden.
Elektroner gennem to spalter giver interferens som fotoner, men de Broglie-bølgelængder for kilovolt-elektroner er på picometer — mønstrene er fintmaskede. Forudstillingen forstørrer bølgelængden til klasseværelsesskala, så stribeafstanden Δy = λL/d bliver synlig, når spalteafstanden eller energien ændres.
- Δy = λL/d
- Bølge–partikel-dualitet
Undersøgelsesoplæg
Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet
Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.
Drivende spørgsmål
Elektroner, der sendes gennem to smalle spalter én ad gangen, opbygger et interferensmønster på en skærm, ligesom lysbølger gør. Giver en hurtigere elektron (kortere de Broglie-bølgelængde) bredere eller smallere interferensstriber?
Forudsigelser at afveje
- Smallere striber — stribeafstanden er proportional med bølgelængden, og hurtigere elektroner har kortere bølgelængder.
- Bredere striber for hurtigere elektroner.
- Stribeafstanden afhænger ikke af elektronens fart.
Variablers roller
Det, du indstiller:
- Kinetisk energi K (eV)
Det, du måler:
- De Broglie-bølgelængde λ (pm)
- Stribeafstand y (cm)
Sådan forløber undersøgelsen
- Åbn forudstillingen electron-double-slit, og tryk på Nulstil. Spalteafstand = 100 nm, skærmafstand = 50 cm.
- Slå aflæsningerne af de Broglie-bølgelængde og stribeafstand til.
- Indstil elektronens kinetiske energi for hver måling, og registrér afstanden mellem interferensstriberne på skærmen.
Styrende ligning
Stribeafstand for elektroninterferens — λ = h/p
Ligesom med lys giver to koherente bølgekilder med afstanden d interferensstriber med afstanden y = λL/d på en skærm på afstanden L. For elektroner er λ de Broglie-bølgelængden h/√(2mK), så hurtigere elektroner giver tættere liggende striber.
Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud
- Beregn for én måling λ = h/√(2m_eK) og derefter stribeafstand y = λL/d med skærmafstand L = 50 cm og spalteafstand d = 100 nm. Sammenlign begge med tabellen.
- Forklar, hvorfor dette er præcis den samme dobbeltspalteformel for striber, som bruges for lys — når du først accepterer, at elektroner har en bølgelængde, adlyder deres interferensmønster den samme bølgematematik.
Hvor det viser sig uden for laboratoriet
- Bemærkelsesværdigt nok opbygges dette interferensmønster, selv når elektroner sendes gennem opstillingen én ad gangen med lange mellemrum. Forklar, hvorfor dette udelukker idéen om, at elektroner blot interfererer med HINANDEN, og i stedet tyder på, at hver elektron på en eller anden måde 'interfererer med sig selv'.
- Hvis du opstiller en detektor for at afgøre, hvilken spalte hver elektron faktisk gik gennem, forsvinder interferensmønsteret — i stedet får du to simple bånd. Hvorfor ville 'at måle, hvilken vej' fundamentalt ødelægge bølgeinterferensen?
- 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
- Velkommen til Elektron-dobbeltspalte
- Vælg elektronen
- Tryk på Afspil
- Lyse og mørke striber
- Åbn egenskabspanelet
- Du klarede det!
Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.
Åbn interaktivt laboratorium →