الفيزياء الحديثة
الموازنة بين الموضع والزخم
Δx واسع مقابل K منخفض — استكشف الموازنة بين انتشار الموضع وانتشار الزخم.
الموازنة بين الموضع والزخم — محاكاة الفيزياء الحديثة تفاعلية. Δx واسع مقابل K منخفض — استكشف الموازنة بين انتشار الموضع وانتشار الزخم. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
الموضع–الزخم
Δx واسع مقابل K منخفض — استكشف الموازنة بين انتشار الموضع وانتشار الزخم.
بصندوق موضع واسع (Δx ≈ 1 nm) وطاقة إلكترون منخفضة (K صغيرة)، يكون انتشار الزخم Δp معتدلًا — الموازنة بين معرفة مكان الجسيم وسرعته. قارن مع تجربة هايزنبرغ الضيقة: تضييق Δx يجبر Δp على الصعود ليبقى جداء عدم التأكد فوق ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- مقايضة الانتشار
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
على مقياس ذرة مفردة (نحو نانومتر)، كيف يقارن أدنى عدم تأكد زخم عبر مدى أحجام حصر؟
توقعات للموازنة
- Δp_min يتناسب عكسيًا مع Δx — مضاعفة منطقة الحصر تنصف أدنى عدم تأكد الزخم.
- Δp_min يتناسب طرديًا مع Δx.
- لا تربطهما علاقة بسيطة.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- منطقة الحصر Δx (nm)
ما تقيسه:
- عدم تأكد الزخم Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة موازنة الموضع-الزخم واضغط إعادة. تستكشف هذه التجربة الحصر قرب المقياس الذري (النانومتر).
- فعّل قراءة أدنى عدم تأكد للزخم.
- اضبط منطقة الحصر Δx لكل تجربة وسجل أدنى عدم تأكد ممكن للزخم.
المعادلة الحاكمة
تحجيم مبدأ عدم التأكد — Δx·Δp ≥ ℏ/2
بما أن Δp_min = ℏ/(2Δx)، يتدرج عدم اليقين الأدنى للزخم بمقدار 1/Δx بالضبط — شد حصر الموضع بأي معامل يرخي يقين الزخم بنفس المعامل.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب Δp_min = ℏ/(2Δx) باستخدام ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. قارن بالجدول.
- تأكد أن بياناتك تظهر تناسبًا عكسيًا نظيفًا: مضاعفة Δx تنصف Δp_min بالضبط. اشرح لماذا تتبع هذه العلاقة العكسية المحددة (لا العكس التربيعي مثلًا) مباشرةً من صيغة المبدأ Δx·Δp ≥ ℏ/2.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- تخيلت النماذج المبكرة (قبل الكم) إلكترونات تدور حول نواة في مسارات دقيقة محددة جيدًا — ككواكب صغيرة. اشرح لماذا يجعل مبدأ عدم التأكد على المقياس الذري مدارًا كهذا بموضع محدد وزخم محدد مستحيلًا أساسًا، دافعًا نحو صورة «سحابة الإلكترون» بدلًا منه.
- قارن قيم Δp هنا (مقياس ذري، حصر نانومتر) بتجربة حصر غاما (مقياس نووي، حصر فيمتومتر، أصغر بخمس رتب قدرية). اشرح لماذا ينتج حصر جسيم أعسر 100,000 مرة عدم تأكد زخم أدنى أكبر 100,000 مرة.
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.2 Quantum physics
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- أهلًا بك في موازنة الموضع-الزخم
- حدد تجهيز عدم التأكد
- اضغط تشغيل
- موضع أحدّ، زخم أعرض
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.