現代物理
電子二重スリット
二重スリットモードに切り替えてください—縞の間隔は λ とスリット間隔に応じて変化します。
電子二重スリット — インタラクティブな現代物理シミュレーション。二重スリットモードに切り替えてください—縞の間隔は λ とスリット間隔に応じて変化します。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
物質波の干渉
二重スリットモードに切り替え — 縞の間隔は λ とスリット間隔に比例します。
電子は2つのスリットを通ると光子のように干渉を起こしますが、キロボルトの電子のド・ブロイ波長はピコメートル単位で模様は非常に細かくなります。このプリセットは波長を教室規模に誇張し、スリット間隔やエネルギーが変わるときに縞の間隔 Δy = λL/d が見えるようにしています。
- Δy = λL/d
- 波動と粒子の二重性
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
一度に一個ずつ二本の狭いスリットへ発射された電子は、光波と同じようにスクリーン上に干渉パターンを作る。より速い電子（より短いド・ブロイ波長）は、干渉縞の幅を広くするか狭くするか？
検討する予測
- 縞は狭くなる — 縞間隔は波長に比例し、速い電子ほど波長が短い。
- 速い電子では縞が広くなる。
- 縞間隔は電子速度に依存しない。
可変的な役割
設定するもの：
- 運動エネルギー K (eV)
測定するもの：
- ド・ブロイ波長 λ (pm)
- 縞間隔 y (cm)
実験の進め方
- electron-double-slit プリセットを開き、「リセット」を押す。スリット間隔 = 100 nm、スクリーンまでの距離 = 50 cm である。
- ド・ブロイ波長と縞間隔の表示を有効にする。
- 各試行の電子の運動エネルギーを設定し、スクリーン上の干渉縞間隔を記録する。
支配方程式
電子の干渉縞間隔 — λ = h/p
光の場合と同様に、距離 d だけ離れた二つのコヒーレントな波源は、距離 L のスクリーン上に y = λL/d の間隔で干渉縞を作る。電子では λ はド・ブロイ波長 h/√(2mK) なので、速い電子ほど縞の間隔は狭くなる。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について λ = h/√(2m_eK) を計算し、次にスクリーンまでの距離 L = 50 cm とスリット間隔 d = 100 nm を用いて縞間隔 y = λL/d を計算する。両方を表と比較する。
- 電子に波長があると認めれば、その干渉パターンが光に使うものとまったく同じ波の数学に従う理由を説明する。これは光で使われる二重スリットの縞の式と正確に同じである。
実験以外での活用
- 驚くべきことに、電子を一個ずつ、長い間隔を空けて装置へ通しても、この干渉パターンは積み上がる。電子が単に*互いに*干渉しているという考えをこれが排除し、各電子が何らかの方法で「自分自身と干渉する」ことを示す理由を説明する。
- 各電子が実際にどちらのスリットを通ったかを調べる検出器を置くと、干渉パターンは消え、二本の単純な帯になる。「どの経路か」を測定することが波の干渉を根本的に壊す理由は何か？
- 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
- 電子二重スリットへようこそ
- 電子を選択
- 再生
- 明るい縞と暗い縞
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。