Alacsony energiájú elektronok: kifejezettebb hullámtermészet

1 · Jóslás

Egy lassú elektron hosszabb de Broglie-hullámhosszal bír, mint egy gyors. Ez azt jelenti, hogy egy lassú elektron hullámtermészete könnyebben vagy nehezebben figyelhető meg kísérletileg?

• Nehezebben megfigyelhető a lassú elektronoknál.
• Könnyebben — a hosszabb hullámhossz (az atomközi távolságokhoz vagy résméretekhez hasonlítható) kifejezettebbé és kimutathatóbbá teszi az elhajlási és interferencia-hatásokat.
• A hullámhatások nem függnek az elektron hullámhosszától.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a slow-electron-wave előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. Ezek az elektronok sokkal lassabban mozognak, mint az electron-de-broglie kísérletben.
2. Engedélyezd a de Broglie-hullámhossz kijelzőt.
3. Állítsd be az elektron (alacsony) mozgási energiáját minden mérésnél, és rögzítsd a de Broglie-hullámhosszát.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a λ hullámhosszat (y-tengely) az 1/√K-vel (x-tengely) szemben a három mérésedhez. Hasonlítsd össze e hullámhosszak nagyságrendjét az electron-de-broglie kísérletével.

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki a λ = h/√(2m_eK) 5-20 eV tartománybeli K-val. Hasonlítsd a táblázathoz — vedd észre, hogy ezek a hullámhosszak (százával pm) hosszabbak, mint a nagyobb energiájú electron-de-broglie kísérleté.
2. Magyarázd meg a λ = h/p-vel, miért mindig növeli a de Broglie-hullámhosszat a mozgási energia csökkentése (az impulzus csökkentése).

5 · Kiterjesztés

1. Az 1927-es Davisson-Germer kísérlet lassú elektronokat (ehhez hasonló, tíz eV-os energiákkal) szórt nikkelkristályon, és pontosan a jósolt de Broglie-hullámhossznak megfelelő elhajlási mintát figyelt meg — az anyaghullámok első közvetlen kísérleti megerősítése. Magyarázd meg, miért voltak a lassú elektronok (a kristály atomközi távolságával összemérhető hullámhosszal) a helyes választás ehhez a kísérlethez.
2. A lézerhűtéshez hasonló technikák rendkívül alacsony mozgási energiájúra lassíthatják az atomokat, olyan nagy de Broglie-hullámhosszat adva nekik, hogy feltűnő kvantum-hullámhatások (mint a Bose-Einstein-kondenzátumok) figyelhetők meg. Magyarázd meg az „hidegebb” és „hullámszerűbb” közti általános elvet.

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap