Современная физика
Электрон и двойная щель
Переключитесь в режим двойной щели — полосы масштабируются с λ и расстоянием между щелями.
Электрон и двойная щель — интерактивная симуляция (Современная физика). Переключитесь в режим двойной щели — полосы масштабируются с λ и расстоянием между щелями. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Интерференция волн материи
Переключитесь в режим двойной щели — полосы масштабируются с λ и расстоянием между щелями.
Электроны через две щели дают интерференцию, как фотоны, но дебройлевские длины волн киловольтных электронов — пикометры, поэтому картины мелкие. Пресет преувеличивает длину волны до классного масштаба, чтобы шаг полос Δy = λL/d был виден при изменении расстояния между щелями или энергии.
- Δy = λL/d
- Корпускулярно-волновой дуализм
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Электроны, пускаемые по одному через две узкие щели, строят на экране интерференционную картину, как световые волны. Более быстрый электрон (короче длина волны де Бройля) даёт более широкие или более узкие интерференционные полосы?
«Прогнозы для сравнения»
- Более узкие полосы — шаг полос пропорционален длине волны, а у быстрых электронов она короче.
- Более широкие полосы у быстрых электронов.
- Шаг полос не зависит от скорости электрона.
Роли переменных
Что вы задали:
- Кинетическая энергия K (eV)
Что вы измеряете:
- Длина волны де Бройля λ (pm)
- Шаг полос y (cm)
Как идёт исследование
- Откройте пресет electron-double-slit и нажмите «Сброс». Шаг щелей = 100 нм, расстояние до экрана = 50 см.
- Включите показания длины волны де Бройля и шага полос.
- Задайте кинетическую энергию электрона для каждой пробы и запишите шаг интерференционных полос на экране.
Определяющее уравнение
Длина волны де Бройля — λ = h/p
Электрон с импульсом p ведёт себя как волна с длиной волны λ = h/p = h/√(2mK) — именно эта длина волны задаёт затем интерференционную картину. Как и со светом, два когерентных источника, разнесённые на расстояние d, дают полосы с шагом y = λL/d на экране на расстоянии L; у более быстрого (с бо́льшим K) электрона λ короче и полосы расположены теснее.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите λ = h/√(2m_eK), затем шаг полос y = λL/d при расстоянии до экрана L = 50 см и шаге щелей d = 100 нм. Сравните оба значения с таблицей.
- Объясните, почему это ровно та же формула полос двух щелей, что для света: раз признать, что у электронов есть длина волны, их интерференционная картина подчиняется идентичной волновой математике.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Замечательно, что интерференционная картина накапливается, даже когда электроны пускают через прибор по одному, с большими паузами. Объясните, почему это исключает идею, что электроны интерферируют ДРУГ С ДРУГОМ, и вместо этого наводит на мысль, что каждый электрон как-то «интерферирует сам с собой».
- Если поставить детектор, определяющий, через какую щель прошёл каждый электрон, интерференционная картина исчезает — остаются две простые полосы. Почему «измерение пути» фундаментально разрушает волновую интерференцию?
- 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
- Добро пожаловать к электронной двойной щели
- Выберите электрон
- Нажмите Play
- Светлые и тёмные полосы
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →