Elektroni niske energije: izraženija valna priroda

1 · Predviđanje

Spori elektron ima dulju de Broglieovu valnu duljinu od brzog. Znači li to da je valna priroda sporog elektrona lakša ili teža za eksperimentalno opažanje?

2 · Postava

  1. Otvori postav slow-electron-wave i pritisni Resetiraj. Ovi se elektroni gibaju mnogo sporije nego u pokusu electron-de-broglie.
  2. Omogući očitanje de Broglieove valne duljine.
  3. Postavi (nisku) kinetičku energiju elektrona za svaki pokušaj i zabilježi njegovu de Broglieovu valnu duljinu.

3 · Prikupljanje podataka

Kinetička energija K (eV)De Broglieova valna duljina λ (pm)
5.00
10.00
20.00

Nacrtaj valnu duljinu λ (y-os) naspram 1/√K (x-os) za svoja tri pokušaja. Usporedi ljestvicu ovih valnih duljina s onom pokusa electron-de-broglie.

4 · Analiza

  1. Za jedan pokušaj izračunaj λ = h/√(2m_eK) koristeći K u rasponu 5-20 eV. Usporedi s tablicom — primijeti da su ove valne duljine (stotine pm) dulje od onih pokusa elektrona više energije electron-de-broglie.
  2. Objasni zašto snižavanje kinetičke energije (snižavanje količine gibanja) uvijek povećava de Broglieovu valnu duljinu, koristeći λ = h/p.

5 · Proširenje

  1. Pokus Davisson-Germer iz 1927. raspršivao je spore elektrone (slične energije kao ovaj pokus, desetke eV) na kristalu nikla i opazio difrakcijski uzorak koji točno odgovara predviđenoj de Broglieovoj valnoj duljini — prva izravna eksperimentalna potvrda valova tvari. Objasni zašto su spori elektroni (s valnim duljinama usporedivim s razmakom atoma u kristalu) bili pravi izbor za ovaj pokus.
  2. Tehnike poput laserskog hlađenja mogu usporiti atome do iznimno niskih kinetičkih energija, dajući im de Broglieove valne duljine dovoljno velike za opažanje upečatljivih kvantnih valnih učinaka (poput Bose-Einsteinovih kondenzata). Objasni opće načelo koje povezuje „hladnije“ s „valnijim“.

Fizika iza ovog pokusa

De Broglieova valna duljina pri niskoj energiji

Budući da je λ = h/√(2mK), snižavanje kinetičke energije elektrona povećava njegovu de Broglieovu valnu duljinu — spore, „hladne“ čestice imaju najizraženije, najlakše uočljivo valno ponašanje.

← Natrag na pokus

Moderna fizika

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis