Wirtualne laboratorium/Fizyka/Fizyka atomowa/Doświadczenie Davissona-Germera — fale materii
Nobel 1937 — Davisson (i Thomson)

Doświadczenie Davissona-Germera — fale materii

Rozszerzenie tematu fali de Broglie’a. Wiązka elektronów pada na kryształ i daje obraz dyfrakcyjny — tak jak fale (λ=h/p). To bezpośrednie potwierdzenie, że cząstki mają naturę falową (Nobel 1937).

Doświadczenie Davissona-Germera — fale materii
Fizyka · Fizyka atomowa · Doświadczenie Davissona-Germera (FIZ.ATOM.PR.05)
Napięcie przyspieszające UU54 V
Stała sieci dd0.20 nm
Wiązka elektronów pada na kryształ — na detektorze zobaczysz:
napięcie U
54 V
pęd p
3.97·10⁻²⁴
długość fali λ
0.167 nm
kąt maksimum θ₁
57°
🎯 Wyzwanie: trafuj kąt maksimum
seria: 0

Dam Ci docelowy kąt pierwszego maksimum θ₁ — dobierz napięcie U i stałą sieci d, by maksimum wypadło pod tym kątem. d·sinθ = λ = h/p.

Co się właśnie stało?

Wiązka elektronów odbita od kryształu niklu nie dała jednej plamy, lecz układ maksimów — dokładnie tak, jak fala uginająca się na siatce. Davisson i Germer (1927) potwierdzili tym hipotezę fal materii de Broglie'a.

Fala materii de Broglie'a:

λ=hp=h2meU\lambda = \dfrac{h}{p} = \dfrac{h}{\sqrt{2m e U}}

— każdej cząstce o pędzie pp odpowiada fala o długości λ\lambda. Im większy pęd (większa energia wiązki), tym krótsza fala. hh — stała Plancka.

Warunek maksimów (Bragg):

d sin⁡θ=n λd\,\sin\theta = n\,\lambda

Maksima powstają tam, gdzie fale rozproszone na kolejnych płaszczyznach sieci wzmacniają się (różnica dróg to całkowita wielokrotność λ\lambda). Zmiana λ\lambda przesuwa maksima; stąd ich położenie zależy od pędu elektronów.

Co to znaczy w praktyce?

Elektron nie jest „tylko kulką" — ma naturę falową. Dyfrakcja elektronów to nie ciekawostka: działa tak mikroskop elektronowy i dyfraktometry badające budowę kryształów.

Po co Ci to na maturze:

λ = h/p plus d·sinθ = nλ rozwiązują zadania o falach materii i dyfrakcji. Chwyt: policz λ z pędu (lub napięcia), a potem wstaw do warunku Bragga, by znaleźć kąt maksimum.

Zapamiętaj: elektrony to fale materii — λ = h/p, a na krysztale dają obraz dyfrakcyjny. To dowód dualizmu korpuskularno-falowego.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Dyfrakcja elektronów

Wiązka elektronów pada na kryształ i daje obraz dyfrakcyjny — tak jak fale. To bezpośrednie potwierdzenie fal de Broglie'a (Nobel 1937).

Warunek Bragga

Maksima pojawiają się, gdy: 2dsin⁡θ=nλ,λ=hp2d\sin\theta = n\lambda, \qquad \lambda = \dfrac{h}{p} Regularna sieć kryształu działa jak siatka dyfrakcyjna dla fal materii elektronów.

Oznaczenia: dd — odległość płaszczyzn sieci, θ\theta — kąt padania, nn — rząd maksimum, λ\lambda — długość fali materii, hh — stała Plancka, pp — pęd elektronu.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Co potwierdziło doświadczenie Davissona-Germera?

Falową naturę elektronów — hipotezę fal materii de Broglie’a.

›

Dlaczego elektrony dają obraz dyfrakcyjny?

Bo jako fale o długości λ=h/p ulegają dyfrakcji na regularnej sieci kryształu (warunek Bragga).

›

Co to fala materii?

Falowy opis cząstki o długości λ=h/p — im większy pęd, tym krótsza fala.

Teoria (klasa): FIZ.4.1.1 → Lekcja maturalna: FIZ.M.7.1 →

Powiązane eksperymenty

Fala de Broglie’a — dualizm materii →Dwie szczeliny dla pojedynczych elektronów →Dyfrakcja rentgenowska — prawo Bragga →Dyfrakcja i interferencja światła →