ฟิสิกส์ยุคใหม่
ความยาวคลื่นเดอบรอยของอิเล็กตรอน
เพิ่ม K — λ = h/p เล็กลงเมื่อโมเมนตัมเพิ่มขึ้น
ความยาวคลื่นเดอบรอยของอิเล็กตรอน — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ เพิ่ม K — λ = h/p เล็กลงเมื่อโมเมนตัมเพิ่มขึ้น ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
ความยาวคลื่นเดอบรอย
เพิ่ม K — λ = h/p หดลงเมื่อโมเมนตัมเพิ่มขึ้น
เดอบรอยล์เสนอแนวคิดคลื่นสสารที่มีความยาวคลื่น λ = h/p อิเล็กตรอนมีความยาวคลื่นสั้นลงเมื่อโมเมนตัมเพิ่มขึ้น เชื่อมโยงคำอธิบายแบบอนุภาคและคลื่นเข้าด้วยกัน ความสัมพันธ์นี้เป็นพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและการเลี้ยวเบนของผลึก ซึ่งช่องแคบต้องมีขนาดใกล้เคียงกับ λ
- λ = h/p
- λ ∝ 1/√K
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
หลุยส์ เดอบรอย เสนอว่าอนุภาคอย่างอิเล็กตรอนก็มีความยาวคลื่นเช่นกัน ไม่ใช่เฉพาะแสง อิเล็กตรอนที่เร็วกว่า (พลังงานจลน์สูงกว่า) จะมีความยาวคลื่นเดอบรอยยาวหรือสั้นกว่า
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ความยาวคลื่นยาวกว่าสำหรับอิเล็กตรอนที่เร็วกว่า
- ความยาวคลื่นไม่ขึ้นกับพลังงานจลน์
- สั้นกว่า — พลังงานจลน์สูงกว่าหมายถึงโมเมนตัมมากกว่า และความยาวคลื่นแปรผกผันกับโมเมนตัม
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- พลังงานจลน์ K (eV)
สิ่งที่คุณวัด:
- ความยาวคลื่นเดอบรอย λ (pm)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ electron-de-broglie แล้วกดรีเซ็ต
- เปิดค่าแสดงความยาวคลื่นเดอบรอย
- ตั้งพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนในแต่ละรอบแล้วบันทึกความยาวคลื่นเดอบรอยของมัน
สมการควบคุม
ความยาวคลื่นเดอบรอย — λ = h/p
อนุภาคที่มีโมเมนตัม p ทุกชิ้นมีความยาวคลื่นที่สัมพันธ์กัน λ = h/p สำหรับอนุภาคไม่สัมพัทธ์ที่มีพลังงานจลน์ K จะได้ λ = h/√(2mK) เป็นการขยายความจุคู่คลื่น-อนุภาคของแสงมาสู่สสารโดยตรง
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ λ = h/√(2m_eK) โดยใช้ h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ kg (แปลง K จาก eV เป็นจูล) เทียบกับตาราง
- จงใช้ λ = h/p กับ p = √(2m_eK) อธิบายว่าทำไมพลังงานจลน์ที่สูงขึ้น (จึงมีโมเมนตัมสูงขึ้น) จึงให้ความยาวคลื่นที่ 'สั้นลง' ตรงข้ามกับความสัมพันธ์ E = hc/λ ของโฟตอน
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนใช้ประโยชน์จากความยาวคลื่นเดอบรอยจิ๋วของอิเล็กตรอน (สั้นกว่าแสงที่มองเห็นมาก) เพื่อแยกแยะรายละเอียดเล็กกว่าที่กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจะทำได้ไกล อธิบายว่าเหตุใดการใช้อิเล็กตรอนพลังงานสูงกว่า (ความยาวคลื่นสั้นกว่า) จึงปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนโดยทั่วไป
- ลูกเบสบอลที่ขว้างก็มีความยาวคลื่นเดอบรอยเหมือนกัน แต่เล็กเกินกว่าจะสังเกตเห็น จงใช้ λ = h/p กับโมเมนตัมตามปกติของลูกเบสบอล อธิบายว่าทำไมผลคลื่นสสารจึงสังเกตได้เฉพาะอนุภาคที่เบามาก ๆ อย่างอิเล็กตรอน
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ เดอบรอยอิเล็กตรอน
- เลือกอิเล็กตรอน
- กดเล่น
- ความยาวคลื่นจากโมเมนตัม
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ