Ηλεκτρόνια χαμηλής ενέργειας: Πιο εμφανής κυματική φύση

1 · Πρόβλεψε

Αργά κινούμενο ηλεκτρόνιο έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος de Broglie από ένα ταχύ. Σημαίνει αυτό ότι η κυματική φύση αργού ηλεκτρονίου είναι πιο εύκολη ή πιο δύσκολη πειραματική παρατήρηση;

• Πιο δύσκολη παρατήρηση για αργά ηλεκτρόνια.
• Πιο εύκολη — μεγαλύτερο μήκος κύματος (συγκρίσιμο με ατομικές αποστάσεις ή μεγέθη σχισμών) κάνει τα φαινόμενα περίθλασης και συμβολής πιο εμφανή και ανιχνεύσιμα.
• Τα κυματικά φαινόμενα δεν εξαρτώνται από το μήκος κύματος του ηλεκτρονίου.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή slow-electron-wave και πάτησε Επαναφορά. Αυτά τα ηλεκτρόνια κινούνται πολύ βραδύτερα από στο πείραμα electron-de-broglie.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη μήκους κύματος de Broglie.
3. Ρύθμισε την (χαμηλή) 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. Σύγκρινε την κλίμακα αυτών των μηκών κύματος με του πειράματος electron-de-broglie.

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε λ = h/√(2m_eK) χρησιμοποιώντας K στο εύρος 5-20 eV. Σύγκρινε με τον πίνακα — πρόσεξε ότι αυτά τα μήκη κύματος (εκατοντάδες pm) είναι μεγαλύτερα από του πειράματος electron-de-broglie υψηλότερης ενέργειας.
2. Εξήγησε γιατί η μείωση κινητικής ενέργειας (μείωση ορμής) πάντα αυξάνει το μήκος κύματος de Broglie, χρησιμοποιώντας λ = h/p.

5 · Επέκταση

1. Το πείραμα Davisson-Germer του 1927 σκεδάσει αργά ηλεκτρόνια (παρόμοιες ενέργειες με αυτό το πείραμα, δεκάδες eV) πάνω σε κρύσταλλο νικελίου και παρατήρησε σχήμα περίθλασης ταιριάζοντας ακριβώς με το προβλεπόμενο μήκος κύματος de Broglie — η πρώτη ευθεία πειραματική επιβεβαίωση κυμάτων ύλης. Εξήγησε γιατί αργά ηλεκτρόνια (με μήκη κύματος συγκρίσιμα με τις ατομικές αποστάσεις σε κρύσταλλο) ήταν η σωστή επιλογή για αυτό το πείραμα.
2. Τεχνικές όπως η ψύξη λέιζερ μπορούν να επιβραδύνουν άτομα σε εξαιρετικά χαμηλές κινητικές ενέργειες, δίνοντάς τους μήκη κύματος de Broglie αρκετά μεγάλα για να παρατηρήσουν εντυπωσιακά κβαντικά κυματικά φαινόμενα (όπως συμπυκνώματα Bose-Einstein). Εξήγησε τη γενική αρχή που συνδέει «πιο κρύο» με «πιο κυματικό».

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής