Moderne fysikk
Elektronets de Broglie-bølgelengde
Øk K — λ = h/p krymper etter hvert som bevegelsesmengden vokser.
Elektronets de Broglie-bølgelengde — interaktiv Moderne fysikk-simulering. Øk K — λ = h/p krymper etter hvert som bevegelsesmengden vokser. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
de Broglie-bølgelengde
Øk K — λ = h/p krymper etter hvert som bevegelsesmengden vokser.
de Broglie foreslo stoffbølger med bølgelengde λ = h/p. Elektroner får kortere bølgelengde etter hvert som bevegelsesmengden stiger, og bygger bro mellom partikkel- og bølgebeskrivelser. Denne relasjonen ligger til grunn for elektronmikroskoper og krystalldiffraksjon der spalter må være sammenlignbare med λ.
- λ = h/p
- λ ∝ 1/√K
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
Louis de Broglie foreslo at partikler som elektroner også har en bølgelengde, ikke bare lys. Har et raskere (høyere kinetisk energi) elektron en lengre eller kortere de Broglie-bølgelengde?
Prediksjoner å veie
- Lengre bølgelengde for raskere elektroner.
- Bølgelengden avhenger ikke av kinetisk energi.
- Kortere — høyere kinetisk energi betyr høyere bevegelsesmengde, og bølgelengden er omvendt proporsjonal med bevegelsesmengden.
Variabelroller
Hva du setter:
- Kinetisk energi K (eV)
Hva du måler:
- de Broglie-bølgelengde λ (pm)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne elektron-de-Broglie-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill.
- Aktiver de Broglie-bølgelengde-avlesningen.
- Sett elektronets kinetiske energi for hvert forsøk og registrer dets de Broglie-bølgelengde.
Styrende likning
de Broglie-bølgelengde — λ = h/p
Enhver partikkel med bevegelsesmengde p har en tilknyttet bølgelengde λ = h/p. For en ikke-relativistisk partikkel med kinetisk energi K blir dette λ = h/√(2mK) — en direkte utvidelse av lysets bølge-partikkel-dualitet til stoff.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn λ = h/√(2m_eK) med h = 6,626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9,109×10⁻³¹ kg (med konvertering av K fra eV til joule). Sammenlign med tabellen.
- Forklar, med λ = h/p og p = √(2m_eK), hvorfor høyere kinetisk energi (og dermed høyere bevegelsesmengde) gir en KORTERE bølgelengde — det motsatte forholdet fra et fotonens E = hc/λ.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Elektronmikroskoper utnytter et elektrons bittesmå de Broglie-bølgelengde (mye kortere enn synlig lys) til å løse detaljer langt mindre enn et optisk mikroskop noensinne kunne. Forklar hvorfor bruk av høyenergielektroner (kortere bølgelengde) generelt forbedrer et elektronmikroskops oppløsning.
- En kastet baseball har også en de Broglie-bølgelengde, men altfor liten til noensinne å legge merke til. Med λ = h/p og en baseballs typiske bevegelsesmengde, forklar hvorfor stoffbølgeeffekter bare er observerbare for ekstremt lette partikler som elektroner.
- 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
- Velkommen til Elektron de Broglie
- Velg elektronet
- Trykk Spill av
- Bølgelengde fra bevegelsesmengde
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.