Lavenergi-elektroner: En mere udtalt bølgenatur

1 · Forudsig

En langsom elektron har en længere de Broglie-bølgelængde end en hurtig. Betyder det, at en langsom elektrons bølgenatur er lettere eller sværere at observere eksperimentelt?

• Sværere at observere for langsomme elektroner.
• Lettere — en længere bølgelængde (sammenlignelig med atomafstande eller spaltstørrelser) gør diffraktions- og interferenseffekter mere udtalte og målelige.
• Bølgeeffekter afhænger ikke af elektronens bølgelængde.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen slow-electron-wave, og tryk på Nulstil. Disse elektroner bevæger sig meget langsommere end i eksperimentet electron-de-broglie.
2. Slå aflæsningen af de Broglie-bølgelængde til.
3. Indstil elektronens (lave) 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. Sammenlign størrelsesordenen af disse bølgelængder med dem i electron-de-broglie-eksperimentet.

4 · Analysér

1. Beregn for én måling λ = h/√(2m_eK) med K i intervallet 5-20 eV. Sammenlign med tabellen — bemærk, at disse bølgelængder (hundreder af pm) er længere end i højenergi-eksperimentet electron-de-broglie.
2. Forklar ved hjælp af λ = h/p, hvorfor en sænkning af den kinetiske energi (sænkning af impulsen) altid forøger de Broglie-bølgelængden.

5 · Udvid

1. Davisson-Germer-eksperimentet fra 1927 spredte langsomme elektroner (energier svarende til dette eksperiment, tiere af eV) mod en nikkelkrystal og observerede et diffraktionsmønster, der matchede præcis den forudsagte de Broglie-bølgelængde — den første direkte eksperimentelle bekræftelse af stofbølger. Forklar, hvorfor langsomme elektroner (med bølgelængder sammenlignelige med atomafstandene i en krystal) var det rigtige valg til dette eksperiment.
2. Teknikker som laserkøling kan bremse atomer ned til ekstremt lave kinetiske energier og give dem de Broglie-bølgelængder, der er store nok til at observere iøjnefaldende kvantebølgeeffekter (som Bose-Einstein-kondensater). Forklar det generelle princip, der forbinder 'koldere' med 'mere bølgeagtig'.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark