現代物理
ハイゼンベルク電子
Δx を狭めるか K を上げてください—バー上で Δx·Δp ≥ ℏ/2 を確認します。
ハイゼンベルク電子 — インタラクティブな現代物理シミュレーション。Δx を狭めるか K を上げてください—バー上で Δx·Δp ≥ ℏ/2 を確認します。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
不確定性原理
Δx を狭めるか K を上げる — 棒グラフで Δx·Δp ≥ ℏ/2 を確認してください。
Δx を狭めるか K を上げる — 棒グラフで Δx·Δp ≥ ℏ/2 を確認してください。
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- トレードオフ
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
電子をますます小さい空間領域に閉じ込める（位置の不確かさを小さくする）と、運動量の可能な最小不確かさも小さくなるか、それとも大きくなるか？
検討する予測
- 大きくなる — 位置と運動量の不確かさはトレードオフであり、位置をより正確に閉じ込めると運動量はより不確かになる。
- 位置の不確かさとともに小さくなる。
- 運動量の不確かさは位置の不確かさに依存しない。
可変的な役割
設定するもの：
- 位置の不確かさ Δx (nm)
測定するもの：
- 運動量の不確かさ Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)
実験の進め方
- heisenberg-electron プリセットを開き、「リセット」を押す。
- 最小運動量不確かさの表示を有効にする。
- 各試行の位置の不確かさ Δx を設定し、可能な最小運動量不確かさを記録する。
支配方程式
ハイゼンベルクの不確定性原理 — Δx·Δp ≥ ℏ/2
位置と運動量を同時に無限の精度で知ることはできない：Δx·Δp ≥ ℏ/2、ここで ℏ = h/2π である。位置をより正確に知るほど、運動量はそれに応じて不確かになる。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s を用いて Δp_min = ℏ/(2Δx) を計算する。表と比較する。
- すべての試行で積 Δx·Δp_min が正確に同じ（ℏ/2）になる理由を説明する。不確定性原理は一方だけでなく、二つの不確かさの*積*に固定された下限を設定する。
実験以外での活用
- 不確定性原理は、扱いにくい測定器が粒子を乱すという話ではなく、完全な測定器でも成り立つ、量子状態そのものの根本的な性質である。「測定による乱れ」という説明が一般的だが不完全である理由を説明する。
- 電子よりはるかに質量の大きい野球では、位置を 1 mm 以内に閉じ込めても、実際の運動量に比べて最小運動量不確かさは極端に小さい。量子の不確かさが電子のような非常に軽い粒子でのみ目立つ理由を説明する。
- 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
- 不確定性原理へようこそ
- 不確定性実験装置を選択
- 再生
- x と p の広がり
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。