de Broglien aineaallot: elektronin aallonpituus

1 · Ennusta

Louis de Broglie ehdotti, että hiukkasilla, kuten elektroneilla, on myös aallonpituus, eivät vain valolla. Onko nopeammalla (korkeamman liike-energian) elektronilla pidempi vai lyhyempi de Broglien aallonpituus?

• Pidempi aallonpituus nopeammille elektroneille.
• Aallonpituus ei riipu liike-energiasta.
• Lyhyempi – korkeampi liike-energia tarkoittaa suurempaa liikemäärää, ja aallonpituus on käänteisesti verrannollinen liikemäärään.

2 · Kokoa

1. Avaa elektronin de Broglie -esiasetus ja paina Nollaa.
2. Ota käyttöön de Broglien aallonpituuden lukema.
3. Aseta elektronin liike-energia jokaiselle suoritukselle ja kirjaa sen de Broglien aallonpituus.

3 · Kerää data

Kuvaa aallonpituus λ (y-akseli) arvoa 1/√K vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko viiva suora origon kautta?

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske λ = h/√(2m_eK) arvoilla h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (muuntaen K:n eV:stä jouleiksi). Vertaa taulukkoon.
2. Selitä kaavoilla λ = h/p ja p = √(2m_eK), miksi korkeampi liike-energia (ja siten suurempi liikemäärä) tuottaa LYHYEMMÄN aallonpituuden – päinvastainen suhde kuin fotonin E = hc/λ.

5 · Laajenna

1. Elektronimikroskoopit hyödyntävät elektronin pientä de Broglien aallonpituutta (paljon lyhyempi kuin näkyvä valo) ratkaistakseen yksityiskohtia paljon pienempiä kuin optinen mikroskooppi koskaan voisi. Selitä, miksi korkeamman energian elektronien käyttäminen (lyhyempi aallonpituus) yleensä parantaa elektronimikroskoopin erotuskykyä.
2. Heitetty baseballilla on myös de Broglien aallonpituus, mutta liian pieni koskaan huomata. Käyttäen kaavaa λ = h/p baseballin tyypillisellä liikemäärällä selitä, miksi aineaaltoilmiöt ovat havaittavissa vain erittäin kevyille hiukkasille, kuten elektroneille.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia