คลื่นสสารเดอบรอย ความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน

1 · ทำนาย

หลุยส์ เดอบรอย เสนอว่าอนุภาคอย่างอิเล็กตรอนก็มีความยาวคลื่นเช่นกัน ไม่ใช่เฉพาะแสง อิเล็กตรอนที่เร็วกว่า (พลังงานจลน์สูงกว่า) จะมีความยาวคลื่นเดอบรอยยาวหรือสั้นกว่า

• ความยาวคลื่นยาวกว่าสำหรับอิเล็กตรอนที่เร็วกว่า
• ความยาวคลื่นไม่ขึ้นกับพลังงานจลน์
• สั้นกว่า — พลังงานจลน์สูงกว่าหมายถึงโมเมนตัมมากกว่า และความยาวคลื่นแปรผกผันกับโมเมนตัม

2 · จัดเตรียม

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ electron-de-broglie แล้วกดรีเซ็ต
2. เปิดค่าแสดงความยาวคลื่นเดอบรอย
3. ตั้งพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนในแต่ละรอบแล้วบันทึกความยาวคลื่นเดอบรอยของมัน

3 · เก็บข้อมูล

พล็อตความยาวคลื่น λ (แกน y) กับ 1/√K (แกน x) จากสามรอบการทดลอง เส้นตรงผ่านจุดกำเนิดหรือไม่

4 · วิเคราะห์

1. 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
2. จงใช้ λ = h/p กับ p = √(2m_eK) อธิบายว่าทำไมพลังงานจลน์ที่สูงขึ้น (จึงมีโมเมนตัมสูงขึ้น) จึงให้ความยาวคลื่นที่ 'สั้นลง' ตรงข้ามกับความสัมพันธ์ E = hc/λ ของโฟตอน

5 · ต่อยอด

1. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนใช้ประโยชน์จากความยาวคลื่นเดอบรอยจิ๋วของอิเล็กตรอน (สั้นกว่าแสงที่มองเห็นมาก) เพื่อแยกแยะรายละเอียดเล็กกว่าที่กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจะทำได้ไกล อธิบายว่าเหตุใดการใช้อิเล็กตรอนพลังงานสูงกว่า (ความยาวคลื่นสั้นกว่า) จึงปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนโดยทั่วไป
2. ลูกเบสบอลที่ขว้างก็มีความยาวคลื่นเดอบรอยเหมือนกัน แต่เล็กเกินกว่าจะสังเกตเห็น จงใช้ λ = h/p กับโมเมนตัมตามปกติของลูกเบสบอล อธิบายว่าทำไมผลคลื่นสสารจึงสังเกตได้เฉพาะอนุภาคที่เบามาก ๆ อย่างอิเล็กตรอน

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง