Nízkoenergetické elektróny: výraznejšia vlnová povaha

1 · Predikuj

Pomalý elektrón má dlhšiu de Broglieho vlnovú dĺžku než rýchly. Znamená to, že vlnová povaha pomalého elektrónu je experimentálne ľahšia alebo ťažšie pozorovateľná?

• 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.

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu vlna pomalého elektrónu a stlač Resetovať. Tieto elektróny sa hýbu oveľa pomalšie než v experimente de Broglieho elektrón.
2. Zapni odčítanie de Broglieho vlnovej dĺžky.
3. Nastav (nízku) 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. Porovnaj merítko týchto vlnových dĺžok s experimentom de Broglieho elektrón.

4 · Analyzuj

1. 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.
2. Vysvetli, prečo znižovanie kinetickej energie (znižovanie hybnosti) vždy zvyšuje de Broglieho vlnovú dĺžku, pomocou λ = h/p.

5 · Rozšír

1. 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.
2. 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“.

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky