Moderne Physik
Elektronen-Doppelspalt
Zu Doppelspalt-Modus wechseln — Streifen skalieren mit λ und Spaltabstand.
Elektronen-Doppelspalt — interaktive Moderne Physik-Simulation. Zu Doppelspalt-Modus wechseln — Streifen skalieren mit λ und Spaltabstand. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Materiewellen-Interferenz
Wechsle in den Doppelspalt-Modus — Streifen skalieren mit λ und Spaltabstand.
Elektronen durch zwei Spalte erzeugen Interferenz wie Photonen, aber de-Broglie-Wellenlängen für Kilovolt-Elektronen liegen im Pikometerbereich — die Muster sind sehr fein. Die Preset übertreibt die Wellenlänge auf Klassenzimmer-Maßstab, sodass der Streifenabstand Δy = λL/d sichtbar wird, wenn sich Spaltabstand oder Energie ändern.
- Δy = λL/d
- Welle-Teilchen-Dualismus
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
Elektronen, die nacheinander durch zwei schmale Schlitze geschossen werden, erzeugen auf einem Bildschirm ein Interferenzmuster, genau wie Lichtwellen. Erzeugt ein schnelleres Elektron (kürzere de Broglie-Wellenlänge) breitere oder schmalere Interferenzstreifen?
Vorhersagen zum Abwägen
- Schmalere Streifen – der Streifenabstand ist proportional zur Wellenlänge und schnellere Elektronen haben kürzere Wellenlängen.
- Breitere Ränder für schnellere Elektronen.
- Der Streifenabstand hängt nicht von der Elektronengeschwindigkeit ab.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Kinetische Energie K (eV)
Was Sie messen:
- De-Broglie-Wellenlänge λ (pm)
- Streifenabstand y (cm)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie das Preset „Elektronen-Doppelspalt“ und drücken Sie Zurücksetzen. Spaltabstand = 100 nm, Schirmabstand = 50 cm.
- Aktivieren Sie die Anzeige der De-Broglie-Wellenlänge und des Streifenabstands.
- Stellen Sie die kinetische Energie des Elektrons für jeden Versuch ein und zeichnen Sie den Abstand der Interferenzstreifen auf dem Bildschirm auf.
Maßgebende Gleichung
Abstand der Elektroneninterferenzstreifen — λ = h/p
Genau wie bei Licht erzeugen zwei kohärente Wellenquellen, die durch den Abstand d voneinander getrennt sind, Interferenzstreifen mit einem Abstand von y = λL/d auf einem Bildschirm im Abstand L. Für Elektronen ist λ die De-Broglie-Wellenlänge h/√(2mK), sodass schnellere Elektronen eng beieinander liegende Streifen erzeugen.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch λ = h/√(2m_eK) und dann den Streifenabstand y = λL/d unter Verwendung des Schirmabstands L = 50 cm und des Spaltabstands d = 100 nm. Vergleichen Sie beides mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum dies genau die gleiche Doppelspaltstreifenformel ist, die auch für Licht verwendet wird. Wenn Sie akzeptieren, dass Elektronen eine Wellenlänge haben, folgt ihr Interferenzmuster der identischen Wellenmathematik.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Bemerkenswert ist, dass sich dieses Interferenzmuster auch dann aufbaut, wenn Elektronen einzeln und mit langen Abständen dazwischen durch die Vorrichtung geschossen werden. Erklären Sie, warum dies die Vorstellung ausschließt, dass Elektronen sich einfach gegenseitig stören, und stattdessen darauf hindeutet, dass jedes Elektron irgendwie „sich selbst stört“.
- Wenn Sie einen Detektor einrichten, um zu bestimmen, durch welchen Spalt jedes Elektron tatsächlich gegangen ist, verschwindet das Interferenzmuster – Sie erhalten stattdessen zwei einfache Bänder. Warum könnte die Messung des Pfades die Welleninterferenz grundlegend zerstören?
- 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 — Doppelspalt
- Elektron auswählen
- Abspielen drücken
- Helle und dunkle Streifen
- 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.