Giao thoa khe đôi điện tử
1 · Dự đoán
Các electron bắn lần lượt qua hai khe hẹp tạo nên hình ảnh giao thoa trên màn hình, giống như sóng ánh sáng. Liệu một electron nhanh hơn (bước sóng de Broglie ngắn hơn) tạo ra các vân giao thoa rộng hơn hay hẹp hơn?
- Các vân hẹp hơn - khoảng cách vân tỷ lệ thuận với bước sóng và các electron nhanh hơn có bước sóng ngắn hơn.
- Rìa rộng hơn cho các electron nhanh hơn.
- Khoảng cách giữa các rìa không phụ thuộc vào tốc độ electron.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt sẵn khe đôi điện tử và nhấn Reset. Khoảng cách khe = 100 nm, khoảng cách màn chắn = 50 cm.
- Kích hoạt tính năng đo bước sóng de Broglie và khoảng cách rìa.
- Đặt động năng của electron cho mỗi lần thử và ghi lại khoảng cách vân giao thoa trên màn.
3 · Thu thập dữ liệu
| Động năng K (eV) | Bước sóng De Broglie λ (pm) | Khoảng cách lề y (cm) |
|---|---|---|
| 100.00 | ||
| 150.00 | ||
| 200.00 |
Vẽ khoảng cách rìa y (trục y) theo bước sóng λ (trục x) cho ba lần thử của bạn. Đường thẳng có đi qua gốc tọa độ không?
4 · Phân tích
- Đối với một lần thử, hãy tính λ = h/√(2m_eK), sau đó khoảng cách vân y = λL/d sử dụng khoảng cách màn L = 50 cm và khoảng cách khe d = 100 nm. So sánh cả hai với bảng.
- Giải thích tại sao đây lại giống hệt công thức vân hai khe được sử dụng cho ánh sáng - một khi bạn chấp nhận rằng các electron có bước sóng, hệ vân giao thoa của chúng tuân theo toán học sóng giống hệt nhau.
5 · Gia hạn
- Đáng chú ý, kiểu giao thoa này hình thành ngay cả khi các electron lần lượt được bắn qua thiết bị, với những khoảng trống dài giữa chúng. Giải thích tại sao điều này loại trừ ý tưởng cho rằng các electron chỉ đơn giản là giao thoa với MỖI LÁC, và thay vào đó gợi ý rằng mỗi electron bằng cách nào đó 'giao thoa với chính nó'.
- Nếu bạn thiết lập một máy dò để xác định khe nào mỗi electron thực sự đi qua, thì kiểu giao thoa sẽ biến mất - thay vào đó bạn nhận được hai dải đơn giản. Tại sao việc 'đo đường đi' về cơ bản có thể phá hủy sự giao thoa sóng?
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Khoảng cách rìa giao thoa điện tử
Cũng giống như ánh sáng, hai nguồn sóng kết hợp cách nhau một khoảng d tạo ra các vân giao thoa cách nhau y = λL/d trên màn hứng ở khoảng cách L. Đối với các electron, λ là bước sóng de Broglie h/√(2mK), do đó các electron nhanh hơn tạo ra các vân có khoảng cách chặt chẽ hơn.