Modern fysik
avvägning mellan position och rörelsemängd
Bred Δx mot låg K — utforska avvägningen mellan läges- och rörelsemängdsspridning.
avvägning mellan position och rörelsemängd — interaktiv Modern fysik-simulering. Bred Δx mot låg K — utforska avvägningen mellan läges- och rörelsemängdsspridning. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
Position–rörelsemängd
Bred Δx mot låg K — utforska avvägningen mellan läges- och rörelsemängdsspridning.
Med en bred lägeslåda (Δx ≈ 1 nm) och låg elektronenergi (liten K) är rörelsemängdsspridningen Δp måttlig — avvägningen mellan att veta var partikeln är och hur snabbt den rör sig. Jämför med förinställningen med trång heisenberg-elektron: att minska Δx tvingar upp Δp så att osäkerhetsprodukten hålls över ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Avvägning av spridning
Undersökningsblad
Planera frågan innan du öppnar labbet
Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.
Drivande fråga
På skalan för en enskild atom (ungefär en nanometer), hur varierar den minsta rörelsemängdsosäkerheten över olika inspärrningsstorlekar?
Förutsägelser att väga
- Δp_min är omvänt proportionell mot Δx — att fördubbla inspärrningsområdet halverar den minsta rörelsemängdsosäkerheten.
- Δp_min är direkt proportionell mot Δx.
- De hänger inte samman på ett enkelt sätt.
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Inneslutningsområde Δx (nm)
Det du mäter:
- Rörelsemängdsosäkerhet Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Läge–rörelsemängd och tryck på Återställ. Denna förinställning utforskar inspärrning nära atomär (nanometer)skala.
- Aktivera avläsningen av minsta rörelsemängdsosäkerhet.
- Ställ in inspärrningsområdet Δx för varje försök och notera minsta möjliga rörelsemängdsosäkerhet.
Styrande ekvation
Skalning av osäkerhetsrelationen — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Eftersom Δp_min = ℏ/(2Δx) skalar den minsta rörelsemängdsosäkerheten som exakt 1/Δx — att åtstrama lägesinspärrningen med en faktor lossar rörelsemängdssäkerheten med samma faktor.
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Beräkna för ett försök Δp_min = ℏ/(2Δx) med ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Jämför med tabellen.
- Bekräfta att dina data visar en ren omvänd proportionalitet: att fördubbla Δx halverar exakt Δp_min. Förklara varför detta specifika omvända förhållande (i stället för till exempel inverskvadratiskt) följer direkt av osäkerhetsrelationens form Δx·Δp ≥ ℏ/2.
Var det här syns utanför labbet
- Tidiga (förkvantmekaniska) modeller föreställde sig elektroner som kretsade kring en kärna på exakta, väldefinierade banor — som små planeter. Förklara varför osäkerhetsrelationen på atomskala gör en bana med helt bestämt läge och helt bestämd rörelsemängd i grunden omöjlig, vilket i stället motiverar bilden av ett 'elektronmoln'.
- Jämför dina Δp-värden här (atomär skala, nanometerkonfinering, Δx ~ 1 nm) med gammaconfinerings-experimentets (kärnskala, femtometerkonfinering, Δx ~ 1 fm) — sex storleksordningar mindre. Förklara varför att begränsa en partikel så mycket mer tätt ger motsvarande större minsta momentumosäkerhet, och varför det exakta förhållandet mellan två specifika försök också beror på vilka Δx-värden du valde i varje experiment, inte bara på skalskillnaden.
- 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
- Välkommen till Avvägning mellan läge och rörelsemängd
- Välj osäkerhetsuppställningen
- Tryck på Spela
- Skarpare läge, bredare p
- Öppna panelen Egenskaper
- Du klarade det!
Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.