ฟิสิกส์ยุคใหม่
ช่องแคบคู่อิเล็กตรอน
สลับเป็นโหมดช่องแคบคู่ — แถบ scale ตาม λ และระยะห่างช่อง
ช่องแคบคู่อิเล็กตรอน — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ สลับเป็นโหมดช่องแคบคู่ — แถบ scale ตาม λ และระยะห่างช่อง ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
การแทรกสอดของคลื่นสสาร
สลับไปที่โหมดช่องแคบคู่ — แถบสว่างเปลี่ยนตามสัดส่วนของ λ และระยะห่างของช่องแคบ
อิเล็กตรอนที่ผ่านช่องแคบสองช่องเกิดการแทรกสอดเหมือนโฟตอน แต่ความยาวคลื่นเดอบรอยล์ของอิเล็กตรอนพลังงานกิโลโวลต์มีขนาดพิโกเมตร—แบบรูปจึงละเอียดมาก พรีเซ็ตนี้ขยายความยาวคลื่นให้อยู่ในสเกลห้องเรียน เพื่อให้ระยะห่างของแถบ Δy = λL/d มองเห็นได้เมื่อระยะห่างช่องแคบหรือพลังงานเปลี่ยนไป
- Δy = λL/d
- ทวิภาวะคลื่น-อนุภาค
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
อิเล็กตรอนที่ยิงทีละตัวผ่านช่องแคบสองช่องสะสมเป็นแบบแผนการแทรกสอดบนจอ เหมือนคลื่นแสง อิเล็กตรอนที่เร็วกว่า (ความยาวคลื่นเดอบรอยสั้นกว่า) จะสร้างแถบการแทรกสอดกว้างหรือแคบกว่า
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- แถบแคบกว่า — ระยะห่างแถบแปรผันตามความยาวคลื่น และอิเล็กตรอนที่เร็วกว่ามีความยาวคลื่นสั้นกว่า
- แถบกว้างกว่าสำหรับอิเล็กตรอนที่เร็วกว่า
- ระยะห่างแถบไม่ขึ้นกับอัตราเร็วอิเล็กตรอน
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- พลังงานจลน์ K (eV)
สิ่งที่คุณวัด:
- ความยาวคลื่นเดอบรอย λ (pm)
- ระยะห่างแถบ y (cm)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดพรีเซ็ท electron-double-slit แล้วกดรีเซ็ต ระยะห่างช่อง = 100 nm ระยะห่างจอ = 50 cm
- เปิดค่าแสดงความยาวคลื่นเดอบรอยและระยะห่างแถบ
- ตั้งพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนในแต่ละรอบแล้วบันทึกระยะห่างแถบการแทรกสอดบนจอ
สมการควบคุม
ความยาวคลื่นเดอ บรอย — λ = h/p
อิเล็กตรอนที่มีโมเมนตัม p ทำตัวเป็นคลื่นที่มีความยาวคลื่น λ = h/p = h/√(2mK) — ความยาวคลื่นนี้แหละที่จะกำหนดรูปแบบการแทรกสอดต่อไป เหมือนกับแสง แหล่งกำเนิดเชื่อมโยงสองแหล่งที่ห่างกัน d จะสร้างแถบที่ห่างกัน y = λL/d บนฉากที่อยู่ห่าง L; อิเล็กตรอนที่เร็วกว่า (K สูงกว่า) มีค่า λ สั้นกว่า แถบจึงเรียงชิดกันมากกว่า
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ λ = h/√(2m_eK) แล้วหาระยะห่างแถบแทรกสอด y = λL/d โดยใช้ระยะจอ L = 50 cm และระยะห่างช่อง d = 100 nm เทียบทั้งสองค่ากับตาราง
- อธิบายว่าเหตุใดนี่จึงเป็นสูตรแถบของช่องแคบคู่ชุดเดียวกับที่ใช้กับแสง — เมื่อยอมรับว่าอิเล็กตรอนมีความยาวคลื่น แบบแผนการแทรกสอดของมันก็เชื่อฟังคณิตศาสตร์คลื่นชุดเดียวกัน
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- ... อธิบายว่าเหตุใดจึงตัดแนวคิดที่ว่าอิเล็กตรอนแทรกสอดกันเองระหว่างตัวต่อตัวออก และชี้ว่าอิเล็กตรอนแต่ละตัวแทรกสอดกับ“ตัวเอง”อย่างไร
- ถ้าติดตั้งตัวตรวจจับเพื่อดูว่าอิเล็กตรอนแต่ละตัวผ่านช่องใดจริง ๆ แบบแผนการแทรกสอดจะหายไป — เหลือแถบเรียบง่ายสองแถบแทน เหตุใด“การวัดว่าผ่านเส้นทางใด”จึงทำลายการแทรกสอดของคลื่นโดยพื้นฐาน
- 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 ช่องแคบคู่อิเล็กตรอน
- เลือกอิเล็กตรอน
- กดเล่น
- แถบสว่างและแถบมืด
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ