Волны де Бройля: длина волны электрона

1 · Прогноз

Луи де Бройль предположил, что у частиц вроде электронов тоже есть длина волны, не только у света. У более быстрого (с большей кинетической энергией) электрона длина волны де Бройля больше или меньше?

• Большая длина волны у более быстрых электронов.
• Длина волны не зависит от кинетической энергии.
• Меньше — большая кинетическая энергия значит больший импульс, а длина волны обратно пропорциональна импульсу.

2 · Подготовка

1. Откройте пресет electron-de-broglie и нажмите «Сброс».
2. Включите показание длины волны де Бройля.
3. Задайте кинетическую энергию электрона для каждой пробы и запишите его длину волны де Бройля.

3 · Сбор данных

Постройте длину волны λ (ось y) против 1/√K (ось x) для трёх проб. Линия прямая через начало координат?

4 · Анализ

1. Для одной пробы вычислите λ = h/√(2m_eK), используя h = 6.626×10⁻³⁴ Дж·с; m_e = 9.109×10⁻³¹ кг (переведя K из эВ в джоули). Сравните с таблицей.
2. Используя λ = h/p и p = √(2m_eK), объясните, почему большая кинетическая энергия (и значит больший импульс) даёт КОРОЧЕ длину волны — отношение, противоположное связи E = hc/λ у фотона.

5 · Развитие

1. Электронные микроскопы используют крошечную длину волны де Бройля электрона (куда короче видимого света), чтобы различать детали много меньшие, чем оптический микроскоп. Объясните, почему более энергичные электроны (короче длина волны) обычно улучшают разрешение электронного микроскопа.
2. У брошенного бейсбольного мяча тоже есть дебройлевская длина волны, но она слишком мала, чтобы её заметить. Используя λ = h/p с типичным импульсом мяча, объясните, почему эффекты волн материи наблюдаемы только у крайне лёгких частиц вроде электронов.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту