Moderná fyzika
Elektrónová dvojštrbina
Prepni do režimu dvojitého otvoru — pásy sa menia s λ a rozostupom otvorov.
Elektrónová dvojštrbina — interaktívna simulácia Moderná fyzika. Prepni do režimu dvojitého otvoru — pásy sa menia s λ a rozostupom otvorov. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Interferencia hmotných vĺn
Prepni do režimu dvojštrbiny — pruhy sa menia s λ a rozostupom štrbín.
Elektróny cez dve štrbiny produkujú interferenciu ako fotóny, ale de Broglieho vlnové dĺžky kilovoltových elektrónov sú pikometre — vzory sú jemné. Predvolba zveličuje vlnovú dĺžku na triedne merítko, takže rozostup pruhov Δy = λL/d je viditeľný pri zmene rozostupu štrbín alebo energie.
- Δy = λL/d
- Vlnovo-časticový dualizmus
Prehľad skúmania
Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória
Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.
Hlavná otázka
Elektróny vystrelené jeden po druhom cez dve úzke štrbiny budujú interferenčný vzor na plátne, presne ako svetelné vlny. Produkuje rýchlejší elektrón (kratšia de Broglieho vlnová dĺžka) širšie alebo užšie interferenčné pruhy?
Predikcie na zváženie
- Užšie pruhy — rozostup pruhov je úmerný vlnovej dĺžke a rýchlejšie elektróny majú kratšie vlnové dĺžky.
- Širšie pruhy pre rýchlejšie elektróny.
- Rozostup pruhov nezávisí na rýchlosti elektrónu.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Kinetická energia K (eV)
Čo meriaš:
- De Broglieho vlnová dĺžka λ (pm)
- Rozostup pruhov y (cm)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu elektrónová dvojštrbina a stlač Resetovať. Rozostup štrbín = 100 nm, vzdialenosť obrazovky = 50 cm.
- Zapni odčítania de Broglieho vlnovej dĺžky a rozostupu pruhov.
- Nastav kinetickú energiu elektrónu pre každý pokus a zaznamenaj rozostup interferenčných pruhov na plátne.
Riadiaca rovnica
De Broglieho vlnová dĺžka — λ = h/p
Elektrón s hybnosťou p sa správa ako vlna s vlnovou dĺžkou λ = h/p = h/√(2mK) — práve táto vlnová dĺžka potom určuje interferenčný obraz. Rovnako ako pri svetle dva koherentné zdroje vo vzdialenosti d vytvárajú pruhy rozostavené y = λL/d na obrazovke vo vzdialenosti L; rýchlejší (s väčším K) elektrón má kratšiu λ, a teda hustejšie rozostavené pruhy.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj λ = h/√(2m_eK), potom rozostup pruhov y = λL/d s vzdialenosťou plátna L = 50 cm a rozostupom štrbín d = 100 nm. Porovnaj obe s tabuľkou.
- Vysvetli, prečo je to presne ten istý vzorec pruhov dvojštrbiny používaný pre svetlo — keď raz prijmeš, že elektróny majú vlnovú dĺžku, ich interferenčný vzor poslúcha identickú vlnovú matematiku.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Pozoruhodne, tento interferenčný vzor sa buduje aj vtedy, keď elektróny sú vystrelené cez aparatúru jeden po druhom, s dlhými medzerami medzi nimi. Vysvetli, prečo to vylučuje predstavu, že elektróny jednoducho interferujú NAVZÁJOM, a namiesto toho naznačuje, že každý elektrón nejako „interferuje sám so sebou“.
- Keby si postavil detektor na určenie, ktorou štrbinou každý elektrón reálne prešiel, interferenčný vzor zmizne — dostaneš dva jednoduché pásy namiesto toho. Prečo by „meranie, ktorou cestou“ fundamentálne zničilo vlnovú interferenciu?
- 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
- Vitaj pri elektrónovej dvojštrbine
- Vyber elektrón
- Stlač Prehrať
- Svetlé a tmavé pruhy
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →