Moderne natuurkunde
Dubbele spleet met elektronen
Schakel naar dubbel-spleet-modus — strepen schalen met λ en de spleetafstand.
Dubbele spleet met elektronen — interactieve Moderne natuurkunde-simulatie. Schakel naar dubbel-spleet-modus — strepen schalen met λ en de spleetafstand. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
Interferentie van materiegolven
Schakel over naar dubbelspleetmodus — de strepen schalen mee met λ en de spleetafstand.
Elektronen door twee spleten geven interferentie zoals fotonen, maar de Broglie-golflengten van kilovolt-elektronen zijn picometers — de patronen zijn fijn. De voorinstelling vergroot de golflengte tot klaslokaalschaal zodat de streepafstand Δy = λL/d zichtbaar is wanneer de spleetafstand of energie verandert.
- Δy = λL/d
- Golf–deeltjesdualiteit
Onderzoeksnota
Plan de vraag voordat je het lab opent
De samenvatting spiegelt de voorgerenderde pagina: leidende vraag, concurrerende voorspellingen, rollen van variabelen, bepalende wetten, opstelling, analyse- en verdiepingsvragen blijven zichtbaar en in deze volgorde.
Leidende vraag
Elektronen die één voor één door twee nauwe spleten worden geschoten, bouwen op een scherm een interferentiepatroon op, net als lichtgolven. Produceert een sneller elektron (kortere de Broglie-golflengte) bredere of smallere interferentiestrepen?
Voorspellingen om te wegen
- Smallere strepen — de streepafstand is evenredig met de golflengte, en snellere elektronen hebben een kortere golflengte.
- Bredere strepen voor snellere elektronen.
- De streepafstand hangt niet af van de snelheid van het elektron.
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Kinetische energie K (eV)
Wat je meet:
- De Broglie-golflengte λ (pm)
- Streepafstand y (cm)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling electron-double-slit en druk op Herstel. Spleetafstand = 100 nm, schermafstand = 50 cm.
- Zet de aflezingen van de de Broglie-golflengte en de streepafstand aan.
- Stel voor elke meting de kinetische energie van het elektron in en noteer de afstand tussen de interferentiestrepen op het scherm.
Leidende vergelijking
De Broglie-golflengte — λ = h/p
Een elektron met impuls p gedraagt zich als een golf met golflengte λ = h/p = h/√(2mK) — precies deze golflengte bepaalt daarna het interferentiepatroon. Zoals bij licht produceren twee coherente bronnen op afstand d franjes met tussenafstand y = λL/d op een scherm op afstand L; een sneller (hoger K) elektron heeft een kortere λ en dus dichter bij elkaar liggende franjes.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Reken voor één meting λ = h/√(2m_eK) uit en daarna de streepafstand y = λL/d met schermafstand L = 50 cm en spleetafstand d = 100 nm. Vergelijk beide met de tabel.
- Leg uit waarom dit exact dezelfde formule voor dubbele-spleetstrepen is als die voor licht — zodra je accepteert dat elektronen een golflengte hebben, gehoorzaamt hun interferentiepatroon aan identieke golfwiskunde.
Waar dit buiten het lab opduikt
- Opvallend genoeg bouwt dit interferentiepatroon zich ook op wanneer elektronen één voor één, met lange tussenpozen, door de opstelling worden geschoten. Leg uit waarom dit de gedachte uitsluit dat elektronen simpelweg met ELKAAR interfereren, en in plaats daarvan suggereert dat elk elektron op de een of andere manier 'met zichzelf interferent'.
- Als je een detector opstelt om te bepalen door welke spleet elk elektron daadwerkelijk is gegaan, verdwijnt het interferentiepatroon — je krijgt in plaats daarvan twee eenvoudige banden. Waarom zou 'meten welke weg' de golfinterferentie fundamenteel vernietigen?
- 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
- Welkom bij Elektron-dubbelspleet
- Selecteer het elektron
- Druk op Start
- Lichte en donkere strepen
- Open het eigenschappenpaneel
- Gelukt!
Open de interactieve simulatie om de scène te bouwen, druk op Start en verken met live metingen en een begeleide rondleiding.