Сучасна фізика
Дві щілини для електронів
Перейдіть у режим двох щілин — смуги масштабуються з λ та відстанню між щілинами.
Дві щілини для електронів — інтерактивне моделювання: Сучасна фізика. Перейдіть у режим двох щілин — смуги масштабуються з λ та відстанню між щілинами. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Інтерференція хвиль матерії
Перейдіть у режим двох щілин — смуги масштабуються з λ та відстанню між щілинами.
Електрони крізь дві щілини дають інтерференцію, як фотони, але довжини хвиль де Бройля для кіловольтних електронів — пікометри, картини тонкі. Пресет перебільшує довжину хвилі до класної шкали, щоб крок смуг Δy = λL/d був видимий при зміні відстані між щілинами чи енергії.
- Δy = λL/d
- Корпускулярно-хвильовий дуалізм
Короткий опис дослідження
Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію
Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.
Рушійне запитання
Електрони, що вилітають по одному крізь дві вузькі щілини, накопичують інтерференційну картину на екрані, як світлові хвилі. Чи дає швидший електрон (коротша довжина хвилі де Бройля) ширші чи вужчі інтерференційні смуги?
Прогнози для зважування
- Вужчі — відстань між смугами пропорційна довжині хвилі, а швидші електрони мають коротші довжини хвиль.
- Ширші для швидших електронів.
- Відстань між смугами не залежить від швидкості електрона.
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Кінетична енергія K (eV)
Що ви вимірюєте:
- Довжина хвилі де Бройля λ (pm)
- Відстань між смугами y (cm)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет electron-double-slit та натисніть «Скинути». Відстань між щілинами = 100 nm, відстань до екрана = 50 cm.
- Увімкніть покази довжини хвилі де Бройля та відстані між смугами.
- Задайте кінетичну енергію електрона для кожного заміру та запишіть відстань між інтерференційними смугами на екрані.
Керівне рівняння
Відстань між інтерференційними смугами електронів — λ = h/p
Як і зі світлом, два когерентні хвильові джерела, розділені відстанню d, дають інтерференційні смуги з кроком y = λL/d на екрані на відстані L. Для електронів λ — довжина хвилі де Бройля h/√(2mK), тож швидші електрони дають щільніше розставлені смуги.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для одного заміру обчисліть λ = h/√(2m_eK), потім відстань між смугами y = λL/d з відстанню до екрана L = 50 cm та відстанню між щілинами d = 100 nm. Порівняйте обидва з таблицею.
- Поясніть, чому це точно та сама формула смуг двох щілин, що для світла — щойно ви приймаєте, що електрони мають довжину хвилі, їхня інтерференційна картина підпорядковується ідентичній хвильовій математиці.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Показово, що ця інтерференційна картина накопичується, навіть коли електрони вилітають крізь апарат по одному, з довгими паузами між ними. Поясніть, чому це виключає ідею, що електрони просто інтерферують ОДИН З ОДНИМ, і натомість натякає, що кожен електрон якось «інтерферує сам із собою».
- Якщо ви встановите детектор, щоб визначити, крізь яку щілину насправді пройшов кожен електрон, інтерференційна картина зникає — ви отримуєте дві прості смуги натомість. Чому «вимірювання якого шляху» може фундаментально руйнувати хвильову інтерференцію?
- 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
- Вітаємо в електроні на двох щілинах
- Виберіть електрон
- Натисніть «Запустити»
- Світлі та темні смуги
- Відкрийте панель властивостей
- У вас вийшло!
Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.
Відкрити інтерактивну лабораторію →
Завантажити лабораторний аркуш →