De Broglie-stofbølger: En elektrons bølgelængde

1 · Forudsig

Louis de Broglie foreslog, at partikler som elektroner også har en bølgelængde — ikke kun lys. Har en hurtigere elektron (højere kinetisk energi) en længere eller kortere de Broglie-bølgelængde?

• Længere bølgelængde for hurtigere elektroner.
• Bølgelængden afhænger ikke af kinetisk energi.
• Kortere — højere kinetisk energi betyder højere impuls, og bølgelængden er omvendt proportional med impulsen.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen electron-de-broglie, og tryk på Nulstil.
2. Slå aflæsningen af de Broglie-bølgelængde til.
3. Indstil elektronens kinetiske energi for hver måling, og registrér dens de Broglie-bølgelængde.

3 · Saml data

Tegn bølgelængde λ (y-aksen) som funktion af 1/√K (x-aksen) for dine tre målinger. Er linjen ret og går gennem origo?

4 · Analysér

1. Beregn for én måling λ = h/√(2m_eK) med h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (omregn K fra eV til joule). Sammenlign med tabellen.
2. Forklar ved hjælp af λ = h/p og p = √(2m_eK), hvorfor højere kinetisk energi (og dermed højere impuls) giver en KORTERE bølgelængde — det modsatte forhold som for en fotons E = hc/λ.

5 · Udvid

1. Elektronmikroskoper udnytter elektronens bittesmå de Broglie-bølgelængde (meget kortere end synligt lys) til at skelne detaljer, der er langt mindre, end et optisk mikroskop nogensinde kunne. Forklar, hvorfor brug af højenergi-elektroner (kortere bølgelængde) generelt forbedrer et elektronmikroskops opløsning.
2. En kastet baseball har også en de Broglie-bølgelængde, men den er alt for lille til nogensinde at blive bemærket. Brug λ = h/p med en baseballs typiske impuls til at forklare, hvorfor stofbølgeeffekter kun kan observeres for ekstremt lette partikler som elektroner.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark