فیزیک نوین
دوشکاف الکترونی
به حالت شکاف دوتایی بروید — نوارها با λ و فاصلهٔ شکاف مقیاس میشوند.
دوشکاف الکترونی — شبیهسازی تعاملی فیزیک نوین. به حالت شکاف دوتایی بروید — نوارها با λ و فاصلهٔ شکاف مقیاس میشوند. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
تداخل موج مادی
به حالت شکاف دوتایی بروید — نوارها با λ و فاصلهٔ شکاف مقیاس میشوند.
الکترونها از میان دو شکاف مانند فوتونها تداخل میسازند، اما طول موج دوبروی برای الکترونهای کیلوولتی پیکومتری است — الگوها ریزند. این پیشتنظیم طول موج را در مقیاس کلاسی اغراق میکند تا فاصلهٔ فریز Δy = λL/d با تغییر فاصلهٔ شکاف یا انرژی دیده شود.
- Δy = λL/d
- دوگانگی موج–ذره
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
الکترونهایی که یکییکی از دو شکاف باریک میگذرند، روی پرده الگوی تداخلی میسازند، درست مثل موج نور. آیا الکترون تندتر (طول موج دوبروی کوتاهتر) حاشیههای تداخل پهنتر یا باریکتری میسازد؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- حاشیههای باریکتر — فاصلهٔ حاشیه با طول موج متناسب است و الکترون تندتر طول موج کوتاهتری دارد.
- حاشیههای پهنتر برای الکترون تندتر.
- فاصلهٔ حاشیه به تندی الکترون بستگی ندارد.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- انرژی جنبشی K (eV)
آنچه اندازه میگیرید:
- طول موج دوبروی λ (pm)
- فاصلهٔ خطوط تداخل y (cm)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیمی electron-double-slit را باز کنید و Reset را بفشارید. فاصلهٔ شکاف = 100 nm و فاصلهٔ پرده = 50 cm.
- قرائتهای طول موج دوبروی و فاصلهٔ حاشیه را فعال کنید.
- انرژی جنبشی الکترون را برای هر آزمایش تنظیم کنید و فاصلهٔ حاشیهٔ تداخل روی پرده را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
فاصلهٔ خطوط تداخل الکترون — λ = h/p
درست مانند نور، دو چشمهٔ موجی منسجم که بهاندازهٔ d جدا شدهاند، روی پردهای در فاصلهٔ L خطوط تداخلی با فاصلهٔ y = λL/d میسازند. برای الکترون، λ همان طول موج دوبروی h/√(2mK) است؛ پس الکترون تندتر، خطوط با فشردگی بیشتر میسازد.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، λ = h/√(2m_eK) و سپس فاصلهٔ خطوط y = λL/d را با فاصلهٔ پرده L = 50 cm و فاصلهٔ شکاف d = 100 nm حساب کنید. هر دو را با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا این دقیقاً همان فرمول حاشیهٔ شکاف دوتایی نور است — وقتی بپذیریم الکترون طول موجی دارد، الگوی تداخلیاش از ریاضیات موجی یکسان پیروی میکند.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- شگفتانگیز که این الگوی تداخلی حتی وقتی الکترونها یکییکی با فاصلههای طولانی فرستاده میشوند هم ساخته میشود. توضیح دهید چرا این، این ایده را رد میکند که الکترونها صرفاً «با هم» تداخل میکنند و بهجایش نشان میدهد هر الکترون بهنحوی «با خودش» تداخل میکند.
- اگر آشکارسازشی بچینید تا بفهمید هر الکترون واقعاً از کدام شکاف گذشت، الگوی تداخلی ناپدید میشود — بهجایش دو نوار ساده میگیرید. چرا «سنجیدن کدام مسیر» بنیادی تداخل موجی را نابود میکند؟
- 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
- به شکاف دوتایی الکترونی خوش آمدید
- انتخاب الکترون
- Play را بفشارید
- نوارهای روشن و تاریک
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.