Lågenergielektroner: En mer utpräglad vågnatur

1 · Förutsäg

En långsamt rörlig elektron har en längre de Broglie-våglängd än en snabb. Betyder det att en långsam elektrons vågnatur är lättare eller svårare att observera experimentellt?

• Svårare att observera för långsamma elektroner.
• Lättare — en längre våglängd (jämförbar med atomavstånd eller spaltstorlekar) gör diffraktions- och interferenseffekter mer utpräglade och lättare att upptäcka.
• Vågeffekter beror inte på elektronens våglängd.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Långsamma elektroner och tryck på Återställ. Dessa elektroner rör sig mycket långsammare än i elektron-de-broglie-experimentet.
2. Aktivera avläsningen av de Broglie-våglängden.
3. Ställ in elektronens (låga) rörelseenergi för varje försök och notera dess de Broglie-våglängd.

3 · Samla data

Rita våglängden λ (y-axeln) mot 1/√K (x-axeln) för dina tre försök. Jämför storleksordningen på dessa våglängder med elektron-de-broglie-experimentets.

4 · Analysera

1. Beräkna för ett försök λ = h/√(2m_eK) med K i intervallet 5–20 eV. Jämför med tabellen — notera att dessa våglängder (hundratals pm) är längre än i elektron-de-broglie-experimentet med högre energi.
2. Förklara med λ = h/p varför sänkt rörelseenergi (sänkt rörelsemängd) alltid ökar de Broglie-våglängden.

5 · Utvidga

1. Davisson–Germer-experimentet 1927 lät långsamma elektroner (energier liknande detta experiments, tiotals eV) spridas mot en nickelkristall och observerade ett diffraktionsmönster som exakt matchade den förutsagda de Broglie-våglängden — den första direkta experimentella bekräftelsen av materievågor. Förklara varför långsamma elektroner (med våglängder jämförbara med atomavstånden i en kristall) var rätt val för detta experiment.
2. Tekniker som laserkylning kan sakta ner atomer till extremt låga rörelseenergier, vilket ger dem de Broglie-våglängder som är tillräckligt stora för att iaktta slående kvantvågeffekter (som Bose–Einstein-kondensat). Förklara den allmänna princip som förbinder 'kallare' med 'mer vågliknande'.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik