Moderne fysikk
Heisenberg-elektron
Stram til Δx eller øk K — sjekk Δx·Δp ≥ ℏ/2 på linjen.
Heisenberg-elektron — interaktiv Moderne fysikk-simulering. Stram til Δx eller øk K — sjekk Δx·Δp ≥ ℏ/2 på linjen. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Uskarphetsrelasjonen
Stram til Δx eller øk K — sjekk Δx·Δp ≥ ℏ/2 på linjen.
Begrens et elektron til Δx ≈ 0,1 nm (atomskala). Spredningen i bevegelsesmengde Δp er minst ℏ/(2Δx), så Δx·Δp ≥ ℏ/2. Trykk Spill av: inneslutningsboksen puster lett, og ψ- og |ψ|²-kurvene svinger som en stoffbølgepakke. Å stramme til Δx eller øke den kinetiske energien K øker produktet vist på linjen.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Avveining
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
Hvis du inneslutter et elektron i et stadig mindre romområde (reduserer uskarpheten i posisjonen), krymper også den minst mulige uskarpheten i bevegelsesmengden, eller vokser den?
Prediksjoner å veie
- Den vokser — posisjons- og bevegelsesmengdeuskarphet avveies mot hverandre; å inneslutte posisjonen mer presist tvinger bevegelsesmengden til å bli mindre sikker.
- Den krymper sammen med posisjonsuskarpheten.
- Bevegelsesmengdeuskarpheten avhenger ikke av posisjonsuskarpheten.
Variabelroller
Hva du setter:
- Posisjonsuskarphet Δx (nm)
Hva du måler:
- Bevegelsesmengdeuskarphet Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne Heisenberg-elektron-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill.
- Aktiver minimum-bevegelsesmengdeuskarphet-avlesningen.
- Sett posisjonsuskarpheten Δx for hvert forsøk og registrer den minst mulige bevegelsesmengdeuskarpheten.
Styrende likning
Heisenbergs uskarphetsrelasjon — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Posisjon og bevegelsesmengde kan aldri begge være kjent med ubegrenset presisjon samtidig: Δx·Δp ≥ ℏ/2, der ℏ = h/2π. En mer presis kjent posisjon tvinger bevegelsesmengden til å bli tilsvarende mindre sikker.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn Δp_min = ℏ/(2Δx) med ℏ = 1,055×10⁻³⁴ J·s. Sammenlign med tabellen.
- Forklar hvorfor produktet Δx·Δp_min er nøyaktig det samme (ℏ/2) i hvert forsøk — uskarphetsrelasjonen setter en fast nedre grense for PRODUKTET av de to uskarphetene, ikke for noen av dem alene.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Uskarphetsrelasjonen handler ikke om klønete måleinstrumenter som forstyrrer en partikkel — det er en fundamental egenskap ved kvantetilstandene selv, sann selv med perfekt måleutstyr. Forklar hvorfor «måleforstyrrelse» er en vanlig men ufullstendig måte å beskrive dette prinsippet på.
- For en baseball (mye massivere enn et elektron) gir inneslutning av posisjonen dens til innenfor en millimeter fortsatt en absurd liten minimums uskarphet i bevegelsesmengde sammenlignet med den faktiske bevegelsesmengden. Forklar hvorfor kvanteuskarphet bare er merkbar for svært lette partikler som elektroner.
- 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
- Velkommen til Heisenberg-elektron
- Velg uskarphet-oppsettet
- Trykk Spill av
- Spredning i x og p
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.