De Broglieho hmotné vlny: vlnová dĺžka elektrónu

1 · Predikuj

Louis de Broglie navrhol, že častice ako elektróny majú tiež vlnovú dĺžku, nielen svetlo. Má rýchlejší (vyššie kinetickej energie) elektrón dlhšiu alebo kratšiu de Broglieho vlnovú dĺžku?

• Dlhšiu vlnovú dĺžku pre rýchlejšie elektróny.
• Vlnová dĺžka nezávisí na kinetickej energii.
• Kratšiu — vyššia kinetická energia znamená vyššiu hybnosť a vlnová dĺžka je nepriamo úmerná hybnosti.

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu de Broglieho elektrón a stlač Resetovať.
2. Zapni odčítanie de Broglieho vlnovej dĺžky.
3. Nastav kinetickú energiu elektrónu pre každý pokus a zaznamenaj jeho de Broglieho vlnovú dĺžku.

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj vlnovú dĺžku λ (os y) verzus 1/√K (os x) pre svoje tri pokusy. Je priamka rovná cez začiatok?

4 · Analyzuj

1. Pre jeden pokus vypočítaj λ = h/√(2m_eK) s h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (prevodiac K z eV na joule). Porovnaj s tabuľkou.
2. Vysvetli pomocou λ = h/p a p = √(2m_eK), prečo vyššia kinetická energia (a teda vyššia hybnosť) produkuje KRATŠIU vlnovú dĺžku — opačný vzťah než u fotónu E = hc/λ.

5 · Rozšír

1. Elektrónové mikroskopy využívajú drobnú de Broglieho vlnovú dĺžku elektrónu (omnoho kratšiu než viditeľné svetlo) na rozlíšenie detailov omnoho menších, než by optický mikroskop kedy dokázal. Vysvetli, prečo použitie vyššie energetických elektrónov (kratšia vlnová dĺžka) všeobecne zlepšuje rozlíšenie elektrónového mikroskopu.
2. Hodený bejzbalový loptička má tiež de Broglieho vlnovú dĺžku, ale príliš malú na všimnutie. Pomocou λ = h/p s typickou hybnosťou loptičky vysvetli, prečo efekty hmotných vĺn sú pozorovateľné len pre extrémne ľahké častice ako elektróny.

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky