电子双缝干涉
1·预测
电子通过两个窄缝一次发射一个，在屏幕上形成干涉图案，就像光波一样。速度更快的电子（德布罗意波长更短）会产生更宽或更窄的干涉条纹吗？
- 更窄的条纹——条纹间距与波长成正比，更快的电子具有更短的波长。
- 更宽的条纹可实现更快的电子。
- 条纹间距不取决于电子速度。
2·设置
- 打开「电子双缝干涉（electron-double-slit）」预设并按重置。狭缝间隔 = 100 nm，屏幕距离 = 50 cm。
- 启用德布罗意波长与条纹间距读数。
- 设置每次试验的电子动能并记录屏幕上的干涉条纹间距。
3·收集数据
| 动能K (eV) | 德布罗意波长 λ (pm) | 条纹间距y (cm) |
|---|---|---|
| 100.00 | ||
| 150.00 | ||
| 200.00 |
针对三次试验，绘制条纹间距y（y轴）相对波长λ（x轴）的关系图。直线是否通过原点？
4·分析
- 对于一项试验，计算 λ = h/√(2m_eK)，然后使用屏幕距离 L = 50 cm 和狭缝间距 d = 100 nm 计算条纹间距 y = λL/d。将两者与表进行比较。
- 解释为什么这与用于光的 double-slit 条纹公式完全相同 - 一旦你接受电子具有波长，它们的干涉图就遵循相同的波数学。
5·扩展
- 值得注意的是，即使一次一个电子通过装置发射，并且电子之间的间隙很长，这种干涉图案也会形成。解释为什么这排除了电子只是相互干扰的想法，而是表明每个电子以某种方式“干扰自身”。
- 如果你设置一个探测器来确定每个电子实际通过的狭缝，干涉图案就会消失——你会得到两个简单的带。为什么“测量哪条路径”可以从根本上破坏波干涉？
这个实验背后的物理原理
电子干涉条纹间距
与光的情形相同，两个相干波源相隔距离d时，会在距离L的屏幕上产生间距为y = λL/d的干涉条纹。对电子而言，λ是德布罗意波长h/√(2mK)，因此速度更快的电子会产生间距更密的条纹。