Хвилі матерії де Бройля: довжина хвилі електрона

1 · Прогноз

Луї де Бройль запропонував, що частинки, як електрони, теж мають довжину хвилі, не лише світло. Чи має швидший (вища кінетична енергія) електрон довшу чи коротшу довжину хвилі де Бройля?

• Довшу для швидших електронів.
• Довжина хвилі не залежить від кінетичної енергії.
• Коротшу — вища кінетична енергія означає вищий імпульс, а довжина хвилі обернено пропорційна імпульсу.

2 · Установка

1. Відкрийте пресет electron-de-broglie та натисніть «Скинути».
2. Увімкніть показ довжини хвилі де Бройля.
3. Задайте кінетичну енергію електрона для кожного заміру та запишіть його довжину хвилі де Бройля.

3 · Збір даних

Побудуйте довжину хвилі λ (вісь y) проти 1/√K (вісь x) для трьох замірів. Чи пряма лінія через початок?

4 · Аналіз

1. Для одного заміру обчисліть λ = h/√(2m_eK) з h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, m_e = 9.109×10⁻³¹ кг (перевівши K з eV у джоулі). Порівняйте з таблицею.
2. Поясніть, використовуючи λ = h/p та p = √(2m_eK), чому вища кінетична енергія (а отже, вищий імпульс) дає КОРОТШУ довжину хвилі — протилежний зв'язок від фотонного E = hc/λ.

5 · Поглиблення

1. Електронні мікроскопи використовують крихітну довжину хвилі де Бройля електрона (набагато коротшу за видиме світло), щоб розділяти деталі значно дрібніші, ніж будь-коли зміг би оптичний мікроскоп. Поясніть, чому використання вищу енергетичних електронів (коротша довжина хвилі) зазвичай покращує роздільну здатність електронного мікроскопа.
2. Кинутий бейсбол теж має довжину хвилі де Бройля, але надто малу, щоб будь-коли помітити. Використовуючи λ = h/p з типовим імпульсом бейсбола, поясніть, чому ефекти хвиль матерії спостережувані лише для надлегких частинок, як електрони.

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту