de Broglie-stoffbølger: et elektrons bølgelengde

1 · Prediker

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?

• 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.

2 · Oppsett

1. Åpne elektron-de-Broglie-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill.
2. Aktiver de Broglie-bølgelengde-avlesningen.
3. Sett elektronets kinetiske energi for hvert forsøk og registrer dets de Broglie-bølgelengde.

3 · Samle inn data

Plott bølgelengde λ (y-akse) mot 1/√K (x-akse) for dine tre forsøk. Er linjen rett gjennom origo?

4 · Analyser

1. 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.
2. 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.

5 · Utvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark