Современная физика
Волновой пакет медленного электрона
Низкое K даёт большую длину волны де Бройля на скамье со шкалой λ.
Волновой пакет медленного электрона — интерактивная симуляция (Современная физика). Низкое K даёт большую длину волны де Бройля на скамье со шкалой λ. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Длинноволновые электроны
Низкое K даёт большую длину волны де Бройля на скамье со шкалой λ.
Низкая кинетическая энергия означает малый импульс и большую длину волны де Бройля, поэтому дифракция и интерференция доминируют над корпускулярными траекториями. Этот пресет использует медленные электроны, чтобы λ была велика на скамье и волновое поведение очевидно.
- λ = h/p
- Малое K → длинная λ
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
У медленного электрона длина волны де Бройля больше, чем у быстрого. Значит ли это, что волновую природу медленного электрона легче или труднее наблюдать экспериментально?
Прогнозы для взвешивания
- Труднее наблюдать у медленных электронов.
- Легче — большая длина волны (сравнимая с атомными расстояниями или размерами щелей) делает дифракцию и интерференцию более выраженными и обнаружимыми.
- Волновые эффекты не зависят от длины волны электрона.
Роли переменных
Что вы задали:
- Кинетическая энергия K (eV)
Что вы измеряете:
- Длина волны де Бройля λ (pm)
Как идёт исследование
- Откройте пресет slow-electron-wave и нажмите «Сброс». Эти электроны движутся много медленнее, чем в эксперименте electron-de-broglie.
- Включите показание длины волны де Бройля.
- Задайте (низкую) кинетическую энергию электрона для каждой пробы и запишите его длину волны де Бройля.
Определяющее уравнение
Длина волны де Бройля при низкой энергии — λ = h/p
Раз λ = h/√(2mK), снижение кинетической энергии электрона увеличивает его длину волны де Бройля — у медленных, «холодных» частиц волновое поведение наиболее выражено и легче всего наблюдаемо.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите λ = h/√(2m_eK), используя K в диапазоне 5–20 эВ. Сравните с таблицей — заметьте, эти длины волн (сотни пм) длиннее, чем в более энергичном эксперименте electron-de-broglie.
- Используя λ = h/p, объясните, почему снижение кинетической энергии (снижение импульса) всегда увеличивает дебройлевскую длину волны.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Эксперимент Дэвиссона–Джермера 1927 года рассеивал медленные электроны (энергии, схожие с этим экспериментом, десятки eV) на кристалле никеля и наблюдал дифракционную картину, точно совпадающую с предсказанной длиной волны де Бройля — первое прямое экспериментальное подтверждение волн материи. Объясните, почему медленные электроны (с длинами волн, сравнимыми с межатомными расстояниями в кристалле) были правильным выбором для этого эксперимента.
- Методы вроде лазерного охлаждения могут замедлить атомы до крайне низких кинетических энергий, давая им длины волн де Бройля, достаточно большие для наблюдения ярких квантовых волновых эффектов (как конденсаты Бозе–Эйнштейна). Объясните общий принцип, связывающий «холоднее» с «более волновое».
- 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 волне медленного электрона
- Выберите электрон
- Нажмите Play
- Длинная λ при низкой энергии
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →