Moderna fizika
Heisenbergov elektron
Zategni Δx ali dvigni K — preveri Δx·Δp ≥ ℏ/2 na vrstici.
Heisenbergov elektron — interaktivna simulacija Moderna fizika. Zategni Δx ali dvigni K — preveri Δx·Δp ≥ ℏ/2 na vrstici. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Načelo nedoločenosti
Zategni Δx ali dvigni K — preveri Δx·Δp ≥ ℏ/2 na vrstici.
Zapri elektron v Δx ≈ 0,1 nm (atomsko merilo). Razprtost gibalne količine Δp je vsaj ℏ/(2Δx), zato Δx·Δp ≥ ℏ/2. Pritisni Predvajaj: zapora rahlo diha in krivulji ψ / |ψ|² nihata kot snovni valovni paket. Zategnitev Δx ali dvig kinetične energije K poveča produkt na vrstici.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Kompromis
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Če zapreš elektrona v vedno manjše območje prostora (zmanjšuješ nedoločenost njegovega položaja), ali se najmanjša možna nedoločenost njegove gibalne količine krči ali raste?
Predvidevanja za pretehtanje
- Raste — nedoločenosti položaja in gibalne količine sta v kompromisu; natančnejše zapiranje položaja prisili gibalno količino, da postane manj določena.
- Krči se skupaj z nedoločenostjo položaja.
- Nedoločenost gibalne količine ni odvisna od nedoločenosti položaja.
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Nedoločenost položaja Δx (nm)
Kaj izmeriš:
- Nedoločenost gibalne količine Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev heisenberg-electron in pritisni Ponastavi.
- Omogoči odčitek najmanjše nedoločenosti gibalne količine.
- Nastavi nedoločenost položaja Δx za vsak poskus in zabeleži najmanjšo možno nedoločenost gibalne količine.
Vodilna enačba
Heisenbergovo načelo nedoločenosti — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Položaja in gibalne količine nikoli ne moreš hkrati poznati z neomejeno natančnostjo: Δx·Δp ≥ ℏ/2, kjer je ℏ = h/2π. Natančneje znan položaj prisili gibalno količino, da postane ustrezno manj določena.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za en poskus izračunaj Δp_min = ℏ/(2Δx) s ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Primerjaj s tabelo.
- Razloži, zakaj je produkt Δx·Δp_min natanko isti (ℏ/2) v vsakem poskusu — načelo nedoločenosti postavlja fiksno spodnjo mejo na PRODUKT obeh nedoločenosti, ne na vsako posebej.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Načelo nedoločenosti ni o nerodnih merilnih inštrumentih, ki motijo delec — je temeljna lastnost kvantnih stanj samih, res tudi s popolno merilno opremo. Razloži, zakaj je „motnja merjenja“ pogost, a nepopoln opis tega načela.
- Za baseball (precej bolj masiven od elektrona) zapiranje njegovega položaja na milimeter še vedno da absurdno drobno najmanjšo nedoločenost gibalne količine glede na njegovo dejansko gibalno količino. Razloži, zakaj je kvantna nedoločenost opazna samo za zelo lahke delce, kot elektroni.
- 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
- Dobrodošli pri Heisenbergovem elektronu
- Izberi postavitev nedoločenosti
- Pritisni Predvajaj
- Razprtost v x in p
- Odpri ploščo Lastnosti
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →