Сучасна фізика
Хвильовий пакет повільного електрона
Низький K дає довгу довжину хвилі де Бройля на λ-шкалі стенда.
Хвильовий пакет повільного електрона — інтерактивне моделювання: Сучасна фізика. Низький K дає довгу довжину хвилі де Бройля на λ-шкалі стенда. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Довгохвильові електрони
Низький K дає довгу довжину хвилі де Бройля на λ-шкалі стенда.
Низька кінетична енергія означає малий імпульс і довгу довжину хвилі де Бройля, тож дифракція та інтерференція домінують над частинкоподібними шляхами. Цей пресет використовує повільні електрони, щоб λ була велика на стенді і хвильова поведінка очевидна.
- λ = h/p
- Низьке K → довге λ
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
Повільний електрон має довшу довжину хвилі де Бройля, ніж швидкий. Чи означає це, що хвильову природу повільного електрона легше чи важче спостерігати експериментально?
Прогнози для зважування
- Важче для повільних електронів.
- Легше — довша довжина хвилі (порівнянна з атомними відстанями чи розмірами щілин) робить ефекти дифракції та інтерференції виразнішими й виявлюванішими.
- Хвильові ефекти не залежать від довжини хвилі електрона.
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Кінетична енергія K (eV)
Що ви вимірюєте:
- Довжина хвилі де Бройля λ (pm)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет slow-electron-wave та натисніть «Скинути». Ці електрони рухаються значно повільніше, ніж в експерименті electron-de-broglie.
- Увімкніть показ довжини хвилі де Бройля.
- Задайте (низьку) кінетичну енергію електрона для кожного заміру та запишіть його довжину хвилі де Бройля.
Керівне рівняння
Довжина хвилі де Бройля при низькій енергії — λ = h/p
Оскільки λ = h/√(2mK), зниження кінетичної енергії електрона збільшує його довжину хвилі де Бройля — повільні, «холодні» частинки мають найвиразнішу, найлегшу для спостереження хвильову поведінку.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для одного заміру обчисліть λ = h/√(2m_eK) з K у діапазоні 5–20 eV. Порівняйте з таблицею — помітьте, що ці довжини хвиль (сотні pm) довші, ніж у вищу енергетичного експерименту electron-de-broglie.
- Поясніть, чому зниження кінетичної енергії (зниження імпульсу) завжди збільшує довжину хвилі де Бройля, використовуючи λ = h/p.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Експеримент Девіссона–Гермера 1927 року розсіював повільні електрони (подібні енергії до цього експерименту, десятки eV) на нікелевому кристалі та спостерігав дифракційну картину, що точно відповідала прогнозованій довжині хвилі де Бройля — перше пряме експериментальне підтвердження хвиль матерії. Поясніть, чому повільні електрони (з довжинами хвиль, порівнянними з атомною відстанню в кристалі) були правильним вибором для цього експерименту.
- Такі техніки, як лазерне охолодження, можуть сповільнити атоми до надто низьких кінетичних енергій, надаючи їм довжини хвилі де Бройля, достатньо великі для спостереження вражаючих квантових хвильових ефектів (як конденсати Бозе–Ейнштейна). Поясніть загальний принцип, що зв'язує «холодніше» з «більш хвильовим».
- 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 хвилі повільного електрона
- Виберіть електрон
- Натисніть «Запустити»
- Довга λ при низькій енергії
- 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 →