Modernā fizika
Lēnā elektrona viļņu pakete
Zems K dod garu de Broija viļņa garumu uz λ-mēroga galda.
Lēnā elektrona viļņu pakete — interaktīva Modernā fizika simulācija. Zems K dod garu de Broija viļņa garumu uz λ-mēroga galda. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.
Gara viļņa garuma elektroni
Zems K dod garu de Broija viļņa garumu uz λ-mēroga galda.
Zema kinētiskā enerģija nozīmē mazu kustības daudzumu un garu de Broija viļņa garumu, tāpēc difrakcijas un interferences efekti dominē pār daļiņu tipa ceļiem. Šis eksperiments izmanto lēnus elektronus, lai λ būtu liels uz galda un viļņu uzvedība acīmredzama.
- λ = h/p
- Zems K → garš λ
Izpētes kopsavilkums
Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju
Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.
Virzošais jautājums
Lēnam elektronam ir garāks de Broija viļņa garums nekā ātram. Vai tas nozīmē, ka lēna elektrona viļņu dabu ir vieglāk vai grūtāk novērot eksperimentāli?
Prognozes, ko svērt
- Grūtāk novērot lēniem elektroniem.
- Vieglāk — garāks viļņa garums (salīdzināms ar atomu atstatumiem vai spraugu izmēriem) padara difrakcijas un interferences efektus izteiksmīgākus un atklājamākus.
- Viļņu efekti nav atkarīgi no elektrona viļņa garuma.
Lielumu lomas
Ko tu iestati:
- Kinētiskā enerģija K (eV)
Ko tu mēri:
- De Broija viļņa garums λ (pm)
Kā izpēte norit
- Atver lēnā elektrona viļņa eksperimentu un nospied Atiestatīt. Šie elektroni kustas daudz lēnāk nekā elektrona de Broija eksperimentā.
- Ieslēdz de Broija viļņa garuma rādījumu.
- Iestati elektrona (zemo) kinētisko enerģiju katram mēģinājumam un ieraksti tā de Broija viļņa garumu.
Noteicošais vienādojums
De Broija viļņa garums pie zemas enerģijas — λ = h/p
Tā kā λ = h/√(2mK), elektrona kinētiskās enerģijas pazemināšana palielina tā de Broija viļņa garumu — lēnas, „aukstas” daļiņas ir ar izteiksmīgāko, visvieglāk novērojamo viļņu uzvedību.
Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt
- Vienam mēģinājumam izrēķini λ = h/√(2m_eK) ar K 5–20 eV diapazonā. Salīdzini ar tabulu — ievēro, ka šie viļņa garumi (simti pm) ir garāki nekā augstākās enerģijas elektrona de Broija eksperimenta.
- Izskaidro, kāpēc kinētiskās enerģijas pazemināšana (kustības daudzuma pazemināšana) vienmēr palielina de Broija viļņa garumu, izmantojot λ = h/p.
Kur tas parādās ārpus laboratorijas
- 1927. gada Devisona—Džermera eksperiments izkliedēja lēnus elektronus (līdzīgas enerģijas kā šis eksperiments, desmitiem eV) no niķeļa kristāla un novēroja difrakcijas rakstu, kas precīzi atbilda prognozētajam de Broija viļņa garumam — pirmais tiešais eksperimentālais matērijas viļņu apstiprinājums. Izskaidro, kāpēc lēni elektroni (ar viļņa garumiem, salīdzināmiem ar atomu atstatumu kristālā) bija pareizā izvēle šim eksperimentam.
- Tehnikas kā lāzera dzesēšana var palēnināt atomus līdz ārkārtīgi zemām kinētiskām enerģijām, dodot tiem de Broija viļņa garumus, pietiekami lielus, lai novērotu pārsteidzošus kvantu viļņu efektus (kā Bozes—Einšteina kondensātus). Izskaidro vispārīgo principu, kas savieno „aukstāku” ar „vairāk viļņveidīgu”.
- 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
- Sveicināts lēnā elektrona viļņa eksperimentā
- Atlasīts elektronu
- Nospied „Atskaņot”
- Garš λ pie zemas enerģijas
- Atver Īpašību paneli
- Tev izdevās!
Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.
Atvērt interaktīvo laboratoriju →