Moderni fysiikka
Hitaan elektronin aaltopaketti
Matala K antaa pitkän de Broglie'n aallonpituuden λ-mittakaavan penkillä.
Hitaan elektronin aaltopaketti – interaktiivinen Moderni fysiikka-simulaatio. Matala K antaa pitkän de Broglie'n aallonpituuden λ-mittakaavan penkillä. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Pitkäaallonpituiset elektronit
Matala K antaa pitkän de Broglien aallonpituuden λ-mittakaavan penkillä.
Matala liike-energia tarkoittaa pientä liikemäärää ja pitkää de Broglien aallonpituutta, joten diffraktio- ja interferenssi-ilmiöt hallitsevat hiukkasmaisten polkujen sijaan. Tämä esiasetus käyttää hitaita elektroneja, jotta λ on suuri penkillä ja aaltokäyttäytyminen on ilmeistä.
- λ = h/p
- Matala K → pitkä λ
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Hitaasti liikkuvalle elektronilla on pidempi de Broglien aallonpituus kuin nopealla. Tarkoittaako tämä, että hitaan elektronin aaltoluonne on helpompi vai vaikeampi havaita kokeellisesti?
Punniteltavat ennusteet
- Vaikeampi havaita hitailla elektroneilla.
- Helpompi – pidempi aallonpituus (vertailukelpoinen atomiväleihin tai raon kokoihin) tekee diffraktio- ja interferenssiilmiöistä selvempiä ja havaittavampia.
- Aaltoilmiöt eivät riipu elektronin aallonpituudesta.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Liike-energia K (eV)
Mitä mittaat:
- de Broglien aallonpituus λ (pm)
Miten tutkimus etenee
- Avaa hitaan elektronin aalto -esiasetus ja paina Nollaa. Nämä elektronit liikkuvat paljon hitaammin kuin elektronin de Broglie -kokeessa.
- Ota käyttöön de Broglien aallonpituuden lukema.
- Aseta elektronin (matala) liike-energia jokaiselle suoritukselle ja kirjaa sen de Broglien aallonpituus.
Hallitseva yhtälö
de Broglien aallonpituus matalalla energialla — λ = h/p
Koska λ = h/√(2mK), elektronin liike-energian laskeminen kasvattaa sen de Broglien aallonpituutta – hitailla, ”kylmillä” hiukkasilla on selvimmät, helpoimmin havaittavat aaltokäyttäytymiset.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske λ = h/√(2m_eK) arvolla K välillä 5-20 eV. Vertaa taulukkoon – huomaa, että nämä aallonpituudet (satoja pm) ovat pidempiä kuin korkeamman energian elektronin de Broglie -kokeen.
- Selitä, miksi liike-energian laskeminen (liikemäärän laskeminen) kasvattaa aina de Broglien aallonpituutta, käyttäen kaavaa λ = h/p.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Vuoden 1927 Davisson-Germer-koe sirotti hitaita elektroneja (samankaltaisia energioita kuin tämä koe, kymmeniä eV) nikkelikristallista ja havaitsi diffraktiokuvion, joka vastasi täsmälleen ennustettua de Broglien aallonpituutta – ensimmäinen suora kokeellinen vahvistus aineaalloista. Selitä, miksi hitaat elektronit (joiden aallonpituudet ovat vertailukelpoisia atomivälien kanssa kristallissa) olivat oikea valinta tähän kokeeseen.
- Tekniikat, kuten laserjäähdytys, voivat hidastaa atomeja erittäin mataliin liike-energioihin, antaen niille de Broglien aallonpituudet, jotka ovat tarpeeksi suuria havaitsemaan vaikuttavia kvanttiaaltoilmiöitä (kuten Bose-Einstein-kondensaatti). Selitä yleinen periaate, joka yhdistää ”kylmemmän” ja ”aaltomaisemman”.
- 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
- Tervetuloa hitaan elektronin aaltoon
- Valitse elektroni
- Paina Toista
- Pitkä λ matalalla energialla
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →