Moderne fysikk
Tregt elektron-bølgepakke
Lav K gir en lang de Broglie-bølgelengde på λ-skala-benken.
Tregt elektron-bølgepakke — interaktiv Moderne fysikk-simulering. Lav K gir en lang de Broglie-bølgelengde på λ-skala-benken. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Elektroner med lang bølgelengde
Lav K gir en lang de Broglie-bølgelengde på λ-skala-benken.
Lav kinetisk energi betyr liten bevegelsesmengde og lang de Broglie-bølgelengde, så diffraksjons- og interferenseffekter dominerer over partikellignende baner. Denne forhåndsinnstillingen bruker trege elektroner slik at λ er stor på benken og bølgeoppførselen er åpenbar.
- λ = h/p
- Lav K → lang λ
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
Et tregelektron har en lengre de Broglie-bølgelengde enn et raskt. Betyr dette at et tregelektrons bølgenatur er lettere eller vanskeligere å observere eksperimentelt?
Prediksjoner å veie
- Vanskeligere å observere for trege elektroner.
- Lettere — en lengre bølgelengde (sammenlignbar med atomavstander eller spaltestørrelser) gjør diffraksjons- og interferenseffekter mer uttalte og detekterbare.
- Bølgeeffekter avhenger ikke av elektronets bølgelengde.
Variabelroller
Hva du setter:
- Kinetisk energi K (eV)
Hva du måler:
- de Broglie-bølgelengde λ (pm)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne trege-elektron-bølge-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Disse elektronene beveger seg mye saktere enn i elektron-de-Broglie-eksperimentet.
- Aktiver de Broglie-bølgelengde-avlesningen.
- Sett elektronets (lave) kinetiske energi for hvert forsøk og registrer dets de Broglie-bølgelengde.
Styrende likning
de Broglie-bølgelengde ved lav energi — λ = h/p
Siden λ = h/√(2mK), øker senking av et elektrons kinetiske energi dets de Broglie-bølgelengde — trege, «kalde» partikler har den mest uttalte, letteste å observere bølgeoppførselen.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn λ = h/√(2m_eK) med K i området 5-20 eV. Sammenlign med tabellen — legg merke til at disse bølgelengdene (hundrevis av pm) er lengre enn elektron-de-Broglie-eksperimentets med høyere energi.
- Forklar hvorfor senking av kinetisk energi (senking av bevegelsesmengde) alltid øker de Broglie-bølgelengden, med λ = h/p.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Davisson-Germer-eksperimentet fra 1927 spredde trege elektroner (lignende energier som dette eksperimentet, titalls eV) mot en nikkelkrystall og observerte et diffraksjonsmønster som matchet nøyaktig den forutsagte de Broglie-bølgelengden — den første direkte eksperimentelle bekreftelsen av stoffbølger. Forklar hvorfor trege elektroner (med bølgelengder sammenlignbare med atomavstanden i en krystall) var riktig valg for dette eksperimentet.
- Teknikker som laseravkjøling kan sakke atomer ned til ekstremt lave kinetiske energier, og gi dem de Broglie-bølgelengder store nok til å observere slående kvantebølgeeffekter (som Bose-Einstein-kondensater). Forklar det generelle prinsippet som knytter «kaldere» til «mer bølgelignende».
- 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 Trevt elektron-bølge
- Velg elektronet
- Trykk Spill av
- Lang λ ved lav energi
- 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.