Matalaenergiset elektronit: selvempi aaltoluonne

1 · Ennusta

Hitaasti liikkuvalle elektronilla on pidempi de Broglien aallonpituus kuin nopealla. Tarkoittaako tämä, että hitaan elektronin aaltoluonne on helpompi vai vaikeampi havaita kokeellisesti?

• Vaikeampi havaita hitailla elektroneilla.
• Helpompi – pidempi aallonpituus (vertailukelpoinen atomiväleihin tai raon kokoihin) tekee diffraktio- ja interferenssiilmiöistä selvempiä ja havaittavampia.
• Aaltoilmiöt eivät riipu elektronin aallonpituudesta.

2 · Kokoa

1. Avaa hitaan elektronin aalto -esiasetus ja paina Nollaa. Nämä elektronit liikkuvat paljon hitaammin kuin elektronin de Broglie -kokeessa.
2. Ota käyttöön de Broglien aallonpituuden lukema.
3. Aseta elektronin (matala) 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. Vertaa näiden aallonpituuksien skaalaa elektronin de Broglie -kokeen skaalaan.

4 · Analysoi

1. 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.
2. Selitä, miksi liike-energian laskeminen (liikemäärän laskeminen) kasvattaa aina de Broglien aallonpituutta, käyttäen kaavaa λ = h/p.

5 · Laajenna

1. 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.
2. 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”.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia