Žemos energijos elektronai: ryškesnė banginė prigimtis

1 · Spėk

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?

2 · Paruošk

  1. Atidaryk „Žemos energijos elektronai“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Šie elektronai juda gerokai lėčiau nei „De Broilio medžiagos bangos“ eksperimente.
  2. Įjunk de Broilio bangos ilgio rodmuo.
  3. Nustatyk elektrono (žemą) kinetinę energiją kiekvienam bandymui ir užsirašyk jo de Broilio bangos ilgį.

3 · Rink duomenis

Kinetinė energija K (eV)de Broilio bangos ilgis λ (pm)
5.00
10.00
20.00

Braišyk bangos ilgį λ (y ašis) prieš 1/√K (x ašis) savo trims bandymams. Palygink šių bangų ilgių mastelį su „De Broilio medžiagos bangos“ eksperimento.

4 · Analizuok

  1. 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.
  2. Paaiškink, kodėl kinetinės energijos mažinimas (mažinamas judesio kiekis) visada didina de Broilio bangos ilgį, naudodamas λ = h/p.

5 · Išplėsk

  1. 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.
  2. 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“.

Fizika už šio eksperimento

De Broilio bangos ilgis žemoje energijoje

Kadangi λ = h/√(2mK), elektrono kinetinės energijos mažinimas didina jo de Broilio bangos ilgį — lėtos, „šaltos“ dalelės turi ryškiausią, lengviausiai stebimą banginę elgseną.

← Grįžti prie eksperimento

Modernioji fizika

138 nemokami spausdinami fizikos darbo lapai