Moderne Physik
Elektron-de-Broglie-Wellenlänge
K erhöhen — λ = h/p schrumpft mit wachsendem Impuls.
Elektron-de-Broglie-Wellenlänge — interaktive Moderne Physik-Simulation. K erhöhen — λ = h/p schrumpft mit wachsendem Impuls. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
de-Broglie-Wellenlänge
Erhöhe K — λ = h/p schrumpft, wenn der Impuls wächst.
De Broglie schlug Materiewellen mit der Wellenlänge λ = h/p vor. Elektronen erhalten eine kürzere Wellenlänge, wenn der Impuls steigt, und verbinden so Teilchen- und Wellenbeschreibung. Diese Beziehung liegt Elektronenmikroskopen und Kristallbeugung zugrunde, bei denen die Spaltbreite mit λ vergleichbar sein muss.
- λ = h/p
- λ ∝ 1/√K
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Louis de Broglie schlug vor, dass Teilchen wie Elektronen auch eine Wellenlänge haben, nicht nur Licht. Hat ein schnelleres Elektron (mit höherer kinetischer Energie) eine längere oder kürzere de Broglie-Wellenlänge?
Vorhersagen zum Abwägen
- Längere Wellenlänge für schnellere Elektronen.
- Die Wellenlänge hängt nicht von der kinetischen Energie ab.
- Kürzer – höhere kinetische Energie bedeutet höheren Impuls, und die Wellenlänge ist umgekehrt proportional zum Impuls.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Kinetische Energie K (eV)
Was Sie messen:
- De-Broglie-Wellenlänge λ (pm)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Electron-De-Broglie-Preset und drücken Sie Zurücksetzen.
- Aktivieren Sie die De-Broglie-Wellenlängenanzeige.
- Stellen Sie die kinetische Energie des Elektrons für jeden Versuch ein und notieren Sie seine De-Broglie-Wellenlänge.
Maßgebende Gleichung
De-Broglie-Wellenlänge — λ = h/p
Jedem Teilchen mit Impuls p ist eine Wellenlänge λ = h/p zugeordnet. Für ein nichtrelativistisches Teilchen mit der kinetischen Energie K ergibt sich daraus λ = h/√(2mK) – eine direkte Erweiterung der Welle-Teilchen-Dualität des Lichts auf Materie.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch λ = h/√(2m_eK) mit h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (Umrechnung von K von eV in Joule). Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie mit λ = h/p und p = √(2m_eK), warum eine höhere kinetische Energie (und damit ein höherer Impuls) eine KÜRZEre Wellenlänge erzeugt – die entgegengesetzte Beziehung zu E = hc/λ eines Photons.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Elektronenmikroskope nutzen die winzige De-Broglie-Wellenlänge eines Elektrons (viel kürzer als sichtbares Licht), um Details aufzulösen, die weitaus kleiner sind, als es ein optisches Mikroskop jemals könnte. Erklären Sie, warum die Verwendung energiereicherer Elektronen (kürzere Wellenlänge) im Allgemeinen die Auflösung eines Elektronenmikroskops verbessert.
- Ein geworfener Baseball hat ebenfalls eine De-Broglie-Wellenlänge, aber viel zu klein, um sie jemals zu bemerken. Erklären Sie anhand von λ = h/p mit dem typischen Impuls eines Baseballs, warum Materiewelleneffekte nur für extrem leichte Teilchen wie Elektronen beobachtbar sind.
- 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
- Willkommen bei Elektron — de-Broglie-Wellenlänge
- Elektron auswählen
- Abspielen drücken
- Wellenlänge aus Impuls
- Inspektor öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.