Moderna fizika
Valovni paket počasnega elektrona
Nizek K da dolgo de Broglijevo valovno dolžino na mizi z λ lestvico.
Valovni paket počasnega elektrona — interaktivna simulacija Moderna fizika. Nizek K da dolgo de Broglijevo valovno dolžino na mizi z λ lestvico. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Elektroni dolge valovne dolžine
Nizek K da dolgo de Broglijevo valovno dolžino na mizi z λ lestvico.
Nizka kinetična energija pomeni majhno gibalno količino in dolgo de Broglijevo valovno dolžino, zato uklon in interferenca prevladata nad delčnimi potmi. Ta prednastavitev uporablja počasne elektrone, da je λ na mizi velika in valovno obnašanje očitno.
- λ = h/p
- Nizek K → dolg λ
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Počasen elektron ima daljšo de Broglijevo valovno dolžino kot hiter. Ali to pomeni, da je valovna narava počasnega elektrona lažje ali težje opazna poskusno?
Predvidevanja za pretehtanje
- Težje opazno za počasne elektrone.
- Lažje — daljša valovna dolžina (primerljiva z atomskimi razmiki ali velikostmi rež) naredi uklonske in interferenčne učinke bolj izrazite in zaznavne.
- Valovni učinki niso odvisni od valovne dolžine elektrona.
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Kinetična energija K (eV)
Kaj izmeriš:
- De Broglijeva valovna dolžina λ (pm)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev slow-electron-wave in pritisni Ponastavi. Ti elektroni se gibljejo precej počasneje kot v poskusu electron-de-broglie.
- Omogoči odčitek de Broglijeve valovne dolžine.
- Nastavi (nizko) kinetično energijo elektrona za vsak poskus in zabeleži njegovo de Broglijevo valovno dolžino.
Vodilna enačba
De Broglijeva valovna dolžina pri nizki energiji — λ = h/p
Ker je λ = h/√(2mK), znižanje kinetične energije elektrona poveča njegovo de Broglijevo valovno dolžino — počasni, „hladni“ delci imajo najbolj izrazito, najlažje opazno valovno obnašanje.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za en poskus izračunaj λ = h/√(2m_eK) s K v območju 5-20 eV. Primerjaj s tabelo — opazi, da so te valovne dolžine (stotine pm) daljše od teh v bolj energičnem poskusu electron-de-broglie.
- Razloži, zakaj zniževanje kinetične energije (nižja gibalna količina) vedno poveča de Broglijevo valovno dolžino, z λ = h/p.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Poskus Davisson-Germer iz leta 1927 je sipal počasne elektrone (podobne energije temu poskusu, desetine eV) od nikljevega kristala in opazil uklonski vzorec, ki se točno ujema z napovedano de Brogliejevo valovno dolžino — prva neposredna poskusna potrditev snovnih valov. Razloži, zakaj so bili počasni elektroni (z valovnimi dolžinami, primerljivimi z atomskim razmikom v kristalu) prava izbira za ta poskus.
- Tehnike, kot lasersko hlajenje, lahko upočasnijo atome na izjemno nizke kinetične energije, kar jim da de Broglijeve valovne dolžine, dovolj velike za opazovanje presenetljivih kvantnih valovnih učinkov (kot Bose-Einsteinovi kondenzati). Razloži splošno načelo, ki povezuje „hladneje“ z „bolj valovno“.
- 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
- Dobrodošli pri valu počasnega elektrona
- Izberi elektron
- Pritisni Predvajaj
- Dolg λ pri nizki energiji
- Odpri ploščo Lastnosti
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →