Moderne fysikk
Elektron dobbeltspalte
Bytt til dobbeltspalte-modus — stripene skalerer med λ og spaltemellomrom.
Elektron dobbeltspalte — interaktiv Moderne fysikk-simulering. Bytt til dobbeltspalte-modus — stripene skalerer med λ og spaltemellomrom. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Stoffbølgeinterferens
Bytt til dobbeltspalte-modus — stripene skalerer med λ og spaltemellomrom.
Elektroner gjennom to spalter gir interferens som fotoner, men de Broglie-bølgelengder for kilovolt-elektroner er pikometer — mønstrene er fine. Forhåndsinnstillingen forstørrer bølgelengden på klasseromsskala, så stripermellomrommet Δy = λL/d blir synlig når spaltemellomrom eller energi endres.
- Δy = λL/d
- Bølge-partikkel-dualitet
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
Elektroner skutt ut én om gangen gjennom to smale spalter bygger opp et interferensmønster på en skjerm, akkurat som lysbølger gjør. Produserer et raskere elektron (kortere de Broglie-bølgelengde) bredere eller smalere interferensstriper?
Prediksjoner å veie
- Smalere striper — stripermellomrommet er proporsjonalt med bølgelengden, og raskere elektroner har kortere bølgelengder.
- Bredere striper for raskere elektroner.
- Stripermellomrommet avhenger ikke av elektronhastigheten.
Variabelroller
Hva du setter:
- Kinetisk energi K (eV)
Hva du måler:
- de Broglie-bølgelengde λ (pm)
- Stripemellomrom y (cm)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne elektron-dobbeltspalte-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Spaltemellomrom = 100 nm, skjermavstand = 50 cm.
- Aktiver de Broglie-bølgelengde- og stripermellomrom-avlesningene.
- Sett elektronets kinetiske energi for hvert forsøk og registrer interferensstripermellomrommet på skjermen.
Styrende likning
De Broglie-bølgelengde — λ = h/p
Et elektron med impuls p oppfører seg som en bølge med bølgelengden λ = h/p = h/√(2mK) — det er denne bølgelengden som deretter bestemmer interferensmønsteret. Som med lys gir to koherente kilder adskilt med avstanden d striper adskilt med y = λL/d på en skjerm på avstand L; et raskere (høyere K) elektron har kortere λ og dermed tettere liggende striper.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn λ = h/√(2m_eK), deretter stripermellomrom y = λL/d med skjermavstand L = 50 cm og spaltemellomrom d = 100 nm. Sammenlign begge med tabellen.
- Forklar hvorfor dette er nøyaktig den samme dobbeltspalte-stripeformelen som brukes for lys — når du først aksepterer at elektroner har en bølgelengde, adlyder interferensmønsteret deres identisk bølgematematikk.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Bemerkelsesverdig nok bygger dette interferensmønsteret seg opp selv når elektroner skytes gjennom apparatet én om gangen, med lange mellomrom mellom dem. Forklar hvorfor dette utelater ideen om at elektroner bare interfererer med HVERANDRE, og i stedet antyder at hvert elektron på en eller annen måte «interfererer med seg selv».
- Hvis du setter opp en detektor for å bestemme hvilken spalte hvert elektron faktisk passerte gjennom, forsvinner interferensmønsteret — du får to enkle bånd i stedet. Hvorfor kan «å måle hvilken bane» fundamentalt ødelegge bølgeinterferensen?
- 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 dobbeltspalte
- Velg elektronet
- Trykk Spill av
- Lyse og mørke striper
- 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.