Fizyka współczesna
Pakiet falowy wolnego elektronu
Niskie K daje długą falę de Broglie'a na ławie ze skalą λ.
Pakiet falowy wolnego elektronu — interaktywna symulacja: Fizyka współczesna. Niskie K daje długą falę de Broglie'a na ławie ze skalą λ. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Długofalowe elektrony
Niskie K daje długą falę de Broglie'a na ławie ze skalą λ.
Niska energia kinetyczna znaczy mały pęd i długą falę de Broglie'a, więc dyfrakcja i interferencja dominują nad torami cząsteczkowymi. Ten preset używa wolnych elektronów, by λ była duża na ławie i zachowanie falowe oczywiste.
- λ = h/p
- Małe K → długa λ
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Wolno poruszający się elektron ma dłuższą falę de Broglie'a niż szybki. Czy to znaczy, że natura falowa wolnego elektronu jest łatwiejsza czy trudniejsza do zaobserwowania eksperymentalnie?
Prognozy do rozważenia
- Trudniejsza do zaobserwowania dla wolnych elektronów.
- Łatwiejsza — dłuższa fala (porównywalna z odstępami atomowymi lub rozmiarami szczelin) czyni dyfrakcję i interferencję wyraźniejszymi i wykrywalnymi.
- Efekty falowe nie zależą od długości fali elektronu.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Energia kinetyczna K (eV)
Co mierzysz:
- Długość fali de Broglie'a λ (pm)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset slow-electron-wave i naciśnij Reset. Te elektrony poruszają się dużo wolniej niż w eksperymencie electron-de-broglie.
- Włącz odczyt długości fali de Broglie'a.
- Ustaw (niską) energię kinetyczną elektronu dla każdej próby i zapisz jego falę de Broglie'a.
Równanie rządzące
Długość fali de Broglie'a przy niskiej energii — λ = h/p
Skoro λ = h/√(2mK), obniżanie energii kinetycznej elektronu zwiększa jego falę de Broglie'a — wolne, „zimne” cząstki mają najbardziej wyraziste, najłatwiejsze do zaobserwowania zachowanie falowe.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz λ = h/√(2m_eK), używając K w zakresie 5–20 eV. Porównaj z tabelą — zauważ, że te długości fal (setki pm) są dłuższe niż w bardziej energetycznym eksperymencie electron-de-broglie.
- Wyjaśnij, używając λ = h/p, dlaczego obniżanie energii kinetycznej (obniżanie pędu) zawsze zwiększa falę de Broglie'a.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Eksperyment Davissona-Germera z 1927 roku rozpraszał wolne elektrony (energie podobne do tego eksperymentu, dziesiątki eV) na krysztale niklu i zaobserwował wzór dyfrakcyjny dokładnie odpowiadający przewidzianej długości fali de Broglie'a — pierwsze bezpośrednie potwierdzenie eksperymentalne fal materii. Wyjaśnij, dlaczego wolne elektrony (o długościach fal porównywalnych z odstępami atomowymi w krysztale) były właściwym wyborem do tego eksperymentu.
- Techniki takie jak chłodzenie laserowe mogą zwolnić atomy do ekstremalnie niskich energii kinetycznych, dając im fale de Broglie'a na tyle duże, by obserwować uderzające kwantowe efekty falowe (jak kondensaty Bosego-Einsteina). Wyjaśnij ogólną zasadę łączącą „zimniejsze” z „bardziej falowe”.
- 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
- Witamy w wolnym elektronie
- Zaznacz elektron
- Naciśnij Play
- Długa λ przy niskiej energii
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →