Κύματα ύλης de Broglie: Το μήκος κύματος ηλεκτρονίου

1 · Πρόβλεψε

Ο Louis de Broglie πρότεινε ότι σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια έχουν επίσης μήκος κύματος, όχι μόνο το φως. Έχει ταχύτερο (υψηλότερης κινητικής ενέργειας) ηλεκτρόνιο μεγαλύτερο ή μικρότερο μήκος κύματος de Broglie;

• Μεγαλύτερο μήκος κύματος για ταχύτερα ηλεκτρόνια.
• Το μήκος κύματος δεν εξαρτάται από την κινητική ενέργεια.
• Μικρότερο — υψηλότερη κινητική ενέργεια σημαίνει υψηλότερη ορμή, και το μήκος κύματος είναι αντιστρόφως ανάλογο της ορμής.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή electron-de-broglie και πάτησε Επαναφορά.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη μήκους κύματος de Broglie.
3. Ρύθμισε την κινητική ενέργεια του ηλεκτρονίου για κάθε δοκιμή και κατέγραψε το μήκος κύματος de Broglie του.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε το μήκος κύματος λ (άξονας y) έναντι του 1/√K (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι η γραμμή ευθεία και περνά από την αρχή των αξόνων;

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε λ = h/√(2m_eK) χρησιμοποιώντας h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (μετατρέποντας το K από eV σε joule). Σύγκρινε με τον πίνακα.
2. Εξήγησε, χρησιμοποιώντας λ = h/p και p = √(2m_eK), γιατί υψηλότερη κινητική ενέργεια (και άρα υψηλότερη ορμή) παράγει ΜΙΚΡΟΤΕΡΟ μήκος κύματος — την αντίθετη σχέση από το E = hc/λ φωτονίου.

5 · Επέκταση

1. Τα μικροσκόπια ηλεκτρονίων εκμεταλλεύονται το μικροσκοπικό μήκος κύματος de Broglie του ηλεκτρονίου (πολύ μικρότερο από ορατό φως) για να διαλύουν λεπτομέρειες πολύ μικρότερες από ό,τι ποτέ οπτικό μικροσκόπιο. Εξήγησε γιατί η χρήση ηλεκτρονίων υψηλότερης ενέργειας (μικρότερο μήκος κύματος) γενικά βελτιώνει την ανάλυση μικροσκοπίου ηλεκτρονίων.
2. Μια ριγμένη μπάλα μπέιζμπολ έχει επίσης μήκος κύματος de Broglie, αλλά πολύ μικρό για να το προσέξεις ποτέ. Χρησιμοποιώντας λ = h/p με τυπική ορμή μπάλας μπέιζμπολ, εξήγησε γιατί τα φαινόμενα κύματος ύλης είναι παρατηρήσιμα μόνο για εξαιρετικά ελαφρά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής