Modernioji fizika
Lėto elektrono bangų paketas
Mažas K duoda ilgą de Broilio bangos ilgį λ masteliu suole.
Lėto elektrono bangų paketas — interaktyvi Modernioji fizika simuliacija. Mažas K duoda ilgą de Broilio bangos ilgį λ masteliu suole. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Ilgabangiai elektronai
Mažas K duoda ilgą de Broilio bangos ilgį λ masteliu suole.
Maža kinetinė energija reiškia mažą judesio kiekį ir ilgą de Broilio bangos ilgį, tad difrakcijos ir interferencijos efektai vyrauja prieš daleliškus kelius. Šis eksperimentas naudoja lėtus elektronus, kad λ būtų didelis suole ir banginė elgsena akivi.
- λ = h/p
- Mažas K → ilga λ
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Lėtai judantis elektronas turi ilgesnį de Broilio bangos ilgį nei greitas. Ar tai reiškia, kad lėto elektrono banginė prigimtis yra lengviau ar sunkiau stebima eksperimentiškai?
Svarstytini spėjimai
- Sunkiau stebėti lėtiems elektronams.
- Lengviau — ilgesnis bangos ilgis (palyginamas su atominiais tarpais ar plyšių dydžiais) daro difrakcijos ir interferencijos efektus ryškesnius ir aptinkamus.
- Bangų efektai nepriklauso nuo elektrono bangos ilgio.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Kinetinė energija K (eV)
Ką tu matauji:
- de Broilio bangos ilgis λ (pm)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Žemos energijos elektronai“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Šie elektronai juda gerokai lėčiau nei „De Broilio medžiagos bangos“ eksperimente.
- Įjunk de Broilio bangos ilgio rodmuo.
- Nustatyk elektrono (žemą) kinetinę energiją kiekvienam bandymui ir užsirašyk jo de Broilio bangos ilgį.
Valdančioji lygtis
De Broilio bangos ilgis žemoje energijoje — λ = h/p
Kadangi λ = h/√(2mK), elektrono kinetinės energijos mažinimas didina jo de Broilio bangos ilgį — lėtos, „šaltos“ dalelės turi ryškiausią, lengviausiai stebimą banginę elgseną.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok λ = h/√(2m_eK) naudodamas K 5-20 eV rėže. Palygink su lentele — pastebėk, kad šie bangos ilgiai (šimtai pm) yra ilgesni nei aukštesnės energijos „De Broilio medžiagos bangos“ eksperimento.
- Paaiškink, kodėl kinetinės energijos mažinimas (mažinamas judesio kiekis) visada didina de Broilio bangos ilgį, naudodamas λ = h/p.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- 1927 m. Davissono-Germerio eksperimentas sklaidė lėtus elektronus (panašios energijos kaip šis eksperimentas, dešimtys eV) nuo nikelio kristalo ir stebėjo difrakcinį raštą, tiksliai atitinkantį prognozuotą de Broilio bangos ilgį — pirmasis tiesioginis medžiagos bangų eksperimentinis patvirtinimas. Paaiškink, kodėl lėti elektronai (su bangos ilgiais, palyginamais su atominiu tarpu kristale) buvo tinkamas pasirinkimas šiam eksperimentui.
- Lazerinio aušinimo technikos gali sulėtinti atomus iki itin žemų kinetinių energijų, suteikdamos jiems de Broilio bangos ilgius, pakankamai didelius įspūdingiems kvantiniams bangų efektams stebėti (kaip Bozės-Einšteino kondensatai). Paaiškink bendrąjį principą, jungiantį „šalčiau“ su „labiau banginis“.
- 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
- Sveiki atvykę prie lėto elektrono bangos
- Pasirink elektroną
- Spausk Leisti
- Ilga λ žemoje energijoje
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →