드 브로이 물질 파동: 전자의 파장

1 · 예측

루이 드 브로이(Louis de Broglie)는 전자와 같은 입자도 빛뿐만 아니라 파장을 가지고 있다고 제안했습니다. 더 빠른(더 높은 운동 에너지) 전자는 드브로이 파장이 더 길거나 더 짧습니까?

• 더 빠른 전자를 위한 더 긴 파장.
• 파장은 운동에너지에 의존하지 않습니다.
• 더 짧음 - 운동 에너지가 높을수록 운동량이 높아지고 파장은 운동량에 반비례합니다.

2 · 설정

1. electron-de-broglie 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다.
2. 드브로이 파장 판독을 활성화합니다.
3. 각 시행에 대해 전자의 운동 에너지를 설정하고 드브로이 파장을 기록합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 파장 λ(y축)를 1/√K(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 직선이 원점을 지납니까?

4 · 분석

1. 한 시행에 대해, h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg을 사용하여(K를 eV에서 줄로 변환하여) λ = h/√(2m_eK)를 계산하세요. 표와 비교하세요.
2. λ = h/p 및 p = √(2m_eK)를 사용하여 왜 더 높은 운동 에너지(따라서 더 높은 운동량)가 더 짧은 파장을 생성하는지 설명합니다. 이는 광자의 E = hc/λ와 반대 관계입니다.

5 · 확장

1. 전자현미경은 전자의 매우 짧은 드브로이 파장(가시광선보다 훨씬 짧음)을 이용하여, 광학현미경으로는 결코 분해할 수 없는 훨씬 미세한 부분까지 관찰합니다. 더 높은 에너지의 전자(더 짧은 파장)를 사용하면 전자현미경의 분해능이 일반적으로 향상되는 이유를 설명하세요.
2. 던져진 야구공에도 드브로이 파장이 있지만, 결코 알아챌 수 없을 만큼 매우 작습니다. 야구공의 전형적인 운동량을 λ = h/p에 대입하여, 물질파 효과가 전자처럼 극도로 가벼운 입자에서만 관측 가능한 이유를 설명하세요.

이 실험의 물리학

← 실험으로 돌아가기