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 (atomskala, nanometerinspärrning) med gamma-confinement-experimentets (kärnskala, femtometerinspärrning, fem storleksordningar mindre Δx). Förklara varför det att spärra in en partikel 100 000× hårdare ger en 100 000× större minsta rörelsemängdsosäkerhet.
- 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.