સમાન ગતિઊર્જા ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોનની દ-બ્રોગ્લી તરંગલંબાઈ વિશે શું કહી શકાય?

બે ઇલેક્ટ્રોન સમાન ઝડપ $v$ થી ગતિ કરી રહ્યા છે. એક ઇલેક્ટ્રોન સમાન વિદ્યુતક્ષેત્રના વિસ્તારમાં પ્રવેશ કરે છે જ્યારે બીજો ઇલેક્ટ્રોન સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રના વિસ્તારમાં પ્રવેશ કરે છે. થોડા સમય પછી,જો બંનેની ડી-બ્રોગ્લી તરંગલંબાઇ $\lambda_1$ અને $\lambda_2$ હોય,તો:

એક પ્રોટોન અને એક ઇલેક્ટ્રોન જે શરૂઆતમાં સ્થિર છે, તેમને સમાન વિદ્યુતસ્થિતિમાનના તફાવત દ્વારા પ્રવેગિત કરવામાં આવે છે. જો પ્રોટોનનું દળ ઇલેક્ટ્રોન કરતાં $2000$ ગણું વધારે હોય, તો પ્રોટોનની ડી-બ્રોગ્લી તરંગલંબાઈ $(\lambda_{p})$ અને ઇલેક્ટ્રોનની ડી-બ્રોગ્લી તરંગલંબાઈ $(\lambda_{e})$ વચ્ચેનો સંબંધ શું હશે?

$m$ દળ ધરાવતો એક ઇલેક્ટ્રોન જેનો પ્રારંભિક વેગ $\vec{V} = V_0 \hat{i} \,(V_0 > 0)$ છે,તે $t = 0$ સમયે $\vec{E} = -E_0 \hat{i} \,(E_0 = \text{અચળ} > 0)$ વિદ્યુતક્ષેત્રમાં પ્રવેશ કરે છે. જો $\lambda_0$ તેની પ્રારંભિક ડી-બ્રોગ્લી તરંગલંબાઇ હોય,તો $t$ સમયે તેની ડી-બ્રોગ્લી તરંગલંબાઇ કેટલી હશે?

એક ઇલેક્ટ્રોનને કેટલા સ્થિતિમાન (potential) થી પ્રવેગિત કરવો જોઈએ જેથી તેની ડી-બ્રોગ્લી તરંગલંબાઈ $He^+$ આયન માટે લાયમન શ્રેણીની પ્રથમ રેખાની તરંગલંબાઈ જેટલી થાય?

જ્યારે કોઈ કણ $x$-અક્ષ પર $x=0$ અને $x=a$ ની વચ્ચે ગતિ કરવા માટે મર્યાદિત હોય,જ્યાં $a$ નેનોમીટર પરિમાણ ધરાવે છે,ત્યારે તેની ઉર્જા માત્ર અમુક ચોક્કસ મૂલ્યો જ ધારણ કરી શકે છે. આવા મર્યાદિત વિસ્તારમાં ગતિ કરતા કણની અનુમતિપાત્ર ઉર્જાઓ તેના છેડાઓ $x=0$ અને $x=a$ પર નિસ્પંદ બિંદુઓ (nodes) ધરાવતા સ્થિત તરંગોના નિર્માણ સાથે સંબંધિત છે. આ સ્થિત તરંગની તરંગલંબાઈ ડી-બ્રોગ્લી સંબંધ મુજબ કણના રેખીય વેગમાન $p$ સાથે સંબંધિત છે. $m$ દળ ધરાવતા કણની ઉર્જા તેના રેખીય વેગમાન સાથે $E = \frac{p^2}{2m}$ તરીકે સંબંધિત છે. આમ,કણની ઉર્જાને ક્વોન્ટમ નંબર $n$ દ્વારા દર્શાવી શકાય છે જે $1, 2, 3, \ldots$ મૂલ્યો લે છે ($n=1$,જેને ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ કહેવાય છે) જે સ્થિત તરંગમાં લૂપ્સની સંખ્યાને અનુરૂપ છે.
ઉપર વર્ણવેલ મોડેલનો ઉપયોગ કરીને $x=0$ થી $x=a$ રેખામાં ગતિ કરતા કણ માટે નીચેના ત્રણ પ્રશ્નોના જવાબ આપો. $h = 6.6 \times 10^{-34} \ J \ s$ અને $e = 1.6 \times 10^{-19} \ C$ લો.
$1.$ $n$ ના ચોક્કસ મૂલ્ય માટે કણની અનુમતિપાત્ર ઉર્જા કોના પ્રમાણમાં છે?
$(A) \ a^{-2} \ (B) \ a^{-3/2} \ (C) \ a^{-1} \ (D) \ a^2$
$2.$ જો કણનું દળ $m = 1.0 \times 10^{-30} \ kg$ અને $a = 6.6 \ \text{nm}$ હોય,તો ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટમાં કણની ઉર્જા કોની નજીક હશે?
$(A) \ 0.8 \ \text{meV} \ (B) \ 8 \ \text{meV} \ (C) \ 80 \ \text{meV} \ (D) \ 800 \ \text{meV}$
$3.$ કણની ઝડપ,જે અલગ-અલગ મૂલ્યો લઈ શકે છે,તે કોના પ્રમાણમાં છે?
$(A) \ n^{-3/2} \ (B) \ n^{-1} \ (C) \ n^{1/2} \ (D) \ n$