Moderná fyzika
Vlnový balík pomalého elektrónu
Nízke K dáva dlhú de Broglieovu vlnovú dĺžku na λ-stupnicovej lavici.
Vlnový balík pomalého elektrónu — interaktívna simulácia Moderná fyzika. Nízke K dáva dlhú de Broglieovu vlnovú dĺžku na λ-stupnicovej lavici. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Elektróny dlhej vlnové dĺžky
Nízke K dáva dlhú de Broglieho vlnovú dĺžku na λ-merítkovej lavici.
Nízka kinetická energia znamená malú hybnosť a dlhú de Broglieho vlnovú dĺžku, takže ohybové a interferenčné efekty dominujú nad časticovými dráhami. Táto predvolba používa pomalé elektróny, takže λ je na lavici veľké a vlnové správanie zjavné.
- λ = h/p
- Nízke K → dlhé λ
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
Pomalý elektrón má dlhšiu de Broglieho vlnovú dĺžku než rýchly. Znamená to, že vlnová povaha pomalého elektrónu je experimentálne ľahšia alebo ťažšie pozorovateľná?
Predikcie na zváženie
- Ťažšie pozorovateľná pre pomalé elektróny.
- Ľahšia — dlhšia vlnová dĺžka (porovnateľná s atómovými rozostupmi alebo veľkosťami štrbín) robí ohybové a interferenčné efekty výraznejšie a detekovateľné.
- Vlnové efekty nezávisia na vlnovej dĺžke elektrónu.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Kinetická energia K (eV)
Čo meriaš:
- De Broglieho vlnová dĺžka λ (pm)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu vlna pomalého elektrónu a stlač Resetovať. Tieto elektróny sa hýbu oveľa pomalšie než v experimente de Broglieho elektrón.
- Zapni odčítanie de Broglieho vlnovej dĺžky.
- Nastav (nízku) kinetickú energiu elektrónu pre každý pokus a zaznamenaj jeho de Broglieho vlnovú dĺžku.
Riadiaca rovnica
De Broglieho vlnová dĺžka pri nízkej energii — λ = h/p
Keďže λ = h/√(2mK), znižovanie kinetickej energie elektrónu zvyšuje jeho de Broglieho vlnovú dĺžku — pomalé, „studené“ častice majú najvýraznejšie, najľahšie pozorovateľné vlnové správanie.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj λ = h/√(2m_eK) s K v rozsahu 5–20 eV. Porovnaj s tabuľkou — všimni si, že tieto vlnové dĺžky (stovky pm) sú dlhšie než v vyššie energetickom experimente de Broglieho elektrón.
- Vysvetli, prečo znižovanie kinetickej energie (znižovanie hybnosti) vždy zvyšuje de Broglieho vlnovú dĺžku, pomocou λ = h/p.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Experiment Davisson-Germer z 1927 rozptýlil pomalé elektróny (podobné energie ako tento experiment, desiatky eV) na niklovom kryštáli a pozoroval ohybový vzor presne zodpovedajúci predikovanej de Broglieho vlnovej dĺžke — prvé priame experimentálne potvrdenie hmotných vĺn. Vysvetli, prečo pomalé elektróny (s vlnovými dĺžkami porovnateľnými s atómovým rozostupom v kryštáli) boli správnou voľbou pre tento experiment.
- Techniky ako laserové chladenie môžu spomaliť atómy na extrémne nízke kinetické energie, dávajúc im de Broglieho vlnové dĺžky dosť veľké na pozorowanie úderových kvantových vlnových efektov (ako Boseho-Einsteinove kondenzáty). Vysvetli všeobecný princíp spájajúci „chladnejšie“ s „viac vlnové“.
- 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 vlne pomalého elektrónu
- Vyber elektrón
- Stlač Prehrať
- Dlhé λ pri nízkej energii
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →