Modernioji fizika
Heizenbergo elektronas
Siaurink Δx arba kelk K — patikrink Δx·Δp ≥ ℏ/2 juostoje.
Heizenbergo elektronas — interaktyvi Modernioji fizika simuliacija. Siaurink Δx arba kelk K — patikrink Δx·Δp ≥ ℏ/2 juostoje. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Neapibrėžtumo principas
Siaurink Δx arba kelk K — patikrink Δx·Δp ≥ ℏ/2 juostoje.
Apribok elektroną iki Δx ≈ 0,1 nm (atominis mastelis). Judesio kiekio išsisklaidymas Δp bent ℏ/(2Δx), tad Δx·Δp ≥ ℏ/2. Spausk Leisti: apribojimo dėžutė truputį kvėpuoja, o ψ / |ψ|² kreivės svyruoja kaip medžiagos bangos paketas. Δx siaurinimas arba kinetinės energijos K kėlimas didina sandaugą, rodomą juostoje.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Kompromisas
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Jei apribosi elektroną į vis mažesnę erdvės sritį (mažindamas neapibrėžtumą jo padėtyje), ar minimalus įmanomas neapibrėžtumas jo judesio kiekyje irgi traukiasi, ar auga?
Svarstytini spėjimai
- Auga — padėties ir judesio kiekio neapibrėžtumai kompensuoja vienas kitą; tikslesnis padėties apribojimas priverčia judesio kiekį tapti mažiau apibrėžtą.
- Traukiasi kartu su padėties neapibrėžtumu.
- Judesio kiekio neapibrėžtumas nepriklauso nuo padėties neapibrėžtumo.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Padėties neapibrėžtumas Δx (nm)
Ką tu matauji:
- Judesio kiekio neapibrėžtumas Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Heizenbergo neapibrėžtumo principas“ eksperimentą ir spausk Atstatyti.
- Įjunk minimaliojo judesio kiekio neapibrėžtumo rodmuo.
- Nustatyk padėties neapibrėžtumą Δx kiekvienam bandymui ir užsirašyk minimalųjį įmanomąjį judesio kiekio neapibrėžtumą.
Valdančioji lygtis
Heizenbergo neapibrėžtumo principas — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Padėtis ir judesio kiekis niekada negali abu būti žinomi su neribotu tikslumu vienu metu: Δx·Δp ≥ ℏ/2, kur ℏ = h/2π. Tiksliau žinoma padėtis priverčia judesio kiekį tapti atitinkamai mažiau apibrėžtą.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok Δp_min = ℏ/(2Δx) naudodamas ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Palygink su lentele.
- Paaiškink, kodėl sandauga Δx·Δp_min yra tiksliai ta pati (ℏ/2) kiekviename bandyme — neapibrėžtumo principas nustato fiksuotą apatinę ribą DVIEJŲ neapibrėžtumų SANDAUGAI, o ne atskirai kuriam nors vienam.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Neapibrėžtumo principas nėra apie nerangius matavimo prietaisus, trukdančius dalelei — tai fundamentalioji kvantinių būsenų savybė, teisinga net su tobulais matavimo įrenginiais. Paaiškink, kodėl „matavimo trikdymas“ yra paplitęs, bet nepilnas būdas apibūdinti šį principą.
- Beisbolo kamuoliui (gerokai masyvesniam už elektroną) padėties apribojimas iki milimetro vis tiek duoda absurdiškai mažytį minimalųjį judesio kiekio neapibrėžtumą, lyginant su jo faktiniu judesio kiekiu. Paaiškink, kodėl kvantinis neapibrėžtumas pastebimas tik itin lengvoms dalelėms, kaip elektronams.
- 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
- Sveiki atvykę prie Heizenbergo elektrono
- Pasirink neapibrėžtumo įrenginį
- Spausk Leisti
- Išsisklaidymas x ir p
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →