Physique moderne

Double fente d'électrons

Passez en mode double fente — les franges varient avec λ et la séparation des fentes.

Double fente d'électrons — simulation interactive de Physique moderne. Passez en mode double fente — les franges varient avec λ et la séparation des fentes. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Interferencia d'ondes de materia

Passez en mode fentes doubles — les franges varient avec λ et l'écartement des fentes.

Les électrons traversant deux fentes produisent une interférence comme les photons, mais les longueurs d'onde de De Broglie pour des électrons de kilovolts sont de l'ordre du picomètre — les motifs sont très fins. Ce préréglage exagère la longueur d'onde à l'échelle d'une salle de classe afin que l'espacement des franges Δy = λL/d soit visible quand la séparation des fentes ou l'énergie change.

• Interférence d'électrons Δy = λL/d
• Dualité onde–corpuscule

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Les électrons tirés un par un à travers deux fentes étroites créent un motif d’interférence sur un écran, tout comme le font les ondes lumineuses. Un électron plus rapide (longueur d'onde de De Broglie plus courte) produit-il des franges d'interférence plus larges ou plus étroites ?

Des pronostics à peser

• Franges plus étroites – l’espacement des franges est proportionnel à la longueur d’onde et les électrons plus rapides ont des longueurs d’onde plus courtes.
• Des franges plus larges pour des électrons plus rapides.
• L'espacement des franges ne dépend pas de la vitesse des électrons.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Énergie cinétique K (eV)

Ce que vous mesurez  :

• Longueur d'onde de De Broglie λ (pm)
• Espacement des franges y (cm)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage « fentes de Young pour électrons » et appuyez sur Réinitialiser. Séparation des fentes = 100 nm, distance à l'écran = 50 cm.
2. Activez les lectures de longueur d’onde de Broglie et d’espacement des franges.
3. Réglez l’énergie cinétique de l’électron pour chaque essai et enregistrez l’espacement des franges d’interférence sur l’écran.

Équation gouvernante

Espacement des franges d’interférence électronique — λ = h/p

Tout comme pour la lumière, deux sources d'ondes cohérentes séparées par la distance d produisent des franges d'interférence espacées de y = λL/d sur un écran à une distance L. Pour les électrons, λ est la longueur d'onde de Broglie h/√(2 mK), donc les électrons plus rapides produisent des franges plus rapprochées.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour un essai, calculez λ = h/√(2m_eK), puis l'espacement des franges y = λL/d en utilisant la distance d'écran L = 50 cm et la séparation des fentes d = 100 nm. Comparez les deux au tableau.
• Expliquez pourquoi il s'agit exactement de la même formule de frange à double fente utilisée pour la lumière  : une fois que vous acceptez que les électrons ont une longueur d'onde, leur modèle d'interférence obéit à des mathématiques ondulatoires identiques.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Remarquablement, ce motif d’interférence s’accumule même lorsque les électrons traversent l’appareil un par un, avec de longs intervalles entre eux. Expliquez pourquoi cela exclut l'idée selon laquelle les électrons interfèrent simplement les uns avec les autres, et suggère plutôt que chaque électron « interfère avec lui-même » d'une manière ou d'une autre.
• Si vous installez un détecteur pour déterminer par quelle fente chaque électron est réellement passé, le motif d’interférence disparaît – vous obtenez à la place deux bandes simples. Pourquoi « mesurer quel chemin » pourrait-il fondamentalement détruire l'interférence des ondes ?

• 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

1. Bienvenue dans la double fente avec électrons
2. Sélectionnez l'électron
3. Appuyez sur Lecture
4. Franges claires et sombres
5. Ouvrez l'Inspecteur
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Ondes de matière de De Broglie