Современная физика
Электрон Гейзенберга
Сожмите Δx или поднимите K — проверьте Δx·Δp ≥ ℏ/2 на шкале.
Электрон Гейзенберга — интерактивная симуляция (Современная физика). Сожмите Δx или поднимите K — проверьте Δx·Δp ≥ ℏ/2 на шкале. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Принцип неопределённости
Сожмите Δx или поднимите K — проверьте Δx·Δp ≥ ℏ/2 на шкале.
Заприте электрон в Δx ≈ 0.1 nm (атомный масштаб). Разброс импульса Δp не менее ℏ/(2Δx), поэтому Δx·Δp ≥ ℏ/2. Нажмите Play: коробка удержания слегка «дышит», а кривые ψ / |ψ|² колеблются как волновой пакет материи. Сжатие Δx или повышение кинетической энергии K увеличивает произведение на шкале.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Компромисс
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Если запирать электрон во всё меньшую область пространства (уменьшая неопределённость его координаты), минимально возможная неопределённость его импульса тоже сжимается или растёт?
Прогнозы для взвешивания
- Растёт — неопределённости координаты и импульса торгуются друг с другом; более точное запирание координаты вынуждает импульс становиться менее определённым.
- Сжимается вместе с неопределённостью координаты.
- Неопределённость импульса не зависит от неопределённости координаты.
Роли переменных
Что вы задали:
- Неопределённость координаты Δx (nm)
Что вы измеряете:
- Неопределённость импульса Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)
Как идёт исследование
- Откройте пресет heisenberg-electron и нажмите «Сброс».
- Включите показание минимальной неопределённости импульса.
- Задайте неопределённость координаты Δx для каждой пробы и запишите минимально возможную неопределённость импульса.
Определяющее уравнение
Принцип неопределённости Гейзенберга — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Положение и импульс никогда не могут быть одновременно известны с неограниченной точностью: Δx·Δp ≥ ℏ/2, где ℏ = h/2π. Чем точнее известно положение, тем менее определённым становится импульс.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите Δp_min = ℏ/(2Δx), используя ℏ = 1.055×10⁻³⁴ Дж·с. Сравните с таблицей.
- Объясните, почему произведение Δx·Δp_min одинаково (ℏ/2) в каждой пробе — принцип неопределённости задаёт фиксированную нижнюю границу ПРОИЗВЕДЕНИЯ двух неопределённостей, а не каждой по отдельности.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Принцип неопределённости не о неуклюжих приборах, возмущающих частицу, — это фундаментальное свойство самих квантовых состояний, верное даже при идеальном оборудовании. Объясните, почему «возмущение при измерении» — распространённое, но неполное описание этого принципа.
- Для бейсбольного мяча (намного массивнее электрона) запирание координаты в пределы миллиметра всё равно даёт нелепо малую минимальную неопределённость импульса по сравнению с его реальным импульсом. Объясните, почему квантовая неопределённость заметна только для очень лёгких частиц вроде электронов.
- 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
- Добро пожаловать к электрону Гейзенберга
- Выберите установку неопределённости
- Нажмите Play
- Разброс по x и p
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →