現代物理
低速電子の波束
K が小さいと、λ 目盛り台上で長いド・ブロイ波長が得られます。
低速電子の波束 — インタラクティブな現代物理シミュレーション。K が小さいと、λ 目盛り台上で長いド・ブロイ波長が得られます。 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。
長波長の電子
低い K では λ スケールベンチ上で長いド・ブロイ波長になります。
運動エネルギーが小さいということは運動量が小さく、ド・ブロイ波長が長いということであり、そのため回折や干渉効果が粒子的な経路より優勢になります。このプリセットは遅い電子を使い、λを実験台上で大きくし波の振る舞いを明らかにします。
- λ = h/p
- 低いK → 長いλ
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
遅い電子は速い電子より長いド・ブロイ波長を持ちます。これは遅い電子の波動性が実験で観測しやすいか、しにくいかを意味しますか？
検討する予測
- 遅い電子の観測は難しくなります。
- しやすい。原子間隔やスリットサイズに近い長波長で回折・干渉が顕著になります。
- 波動効果は電子波長に依存しません。
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)
実験の進め方
- slow-electron-wave プリセットを開いて Reset を押します。これらの電子は electron-de-broglie よりはるかに遅いです。
- ド・ブロイ波長読み出しを有効にします。
- 各試行で電子の低い運動エネルギーを設定し、波長を記録します。
支配方程式
低エネルギーでのド・ブロイ波長 — λ = h/p
λ = h/√(2mK) なので電子の運動エネルギーを下げると波長が増え、遅く冷たい粒子ほど波動性が顕著で観測しやすくなります。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- K = 5〜20 eV を用いて λ = h/√(2m_eK) を計算します。数百 pmの波長が高エネルギー実験より長いことを確認します。
- λ = h/p を使い、運動エネルギー（運動量）を下げると波長が増える理由を説明します。
実験以外での活用
- 1927年のダビソン＝ガーマー実験は数十 eV の遅い電子をニッケル結晶に散乱させ、予測されたド・ブロイ波長と一致する回折を観測しました。結晶の原子間隔に近い波長を持つ遅い電子が適切だった理由を説明します。
- レーザー冷却は原子を極低エネルギーにし、ボース＝アインシュタイン凝縮のような量子波効果を観測できる長波長を与えます。『冷たい』ほど『波らしい』という原理を説明します。
- 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
- 長波長電子へようこそ
- 電子を選択
- 再生
- 低エネルギーで長波長に
- 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。