Osäkerhetsavvägningen på vardaglig atomskala

1 · Förutsäg

På skalan för en enskild atom (ungefär en nanometer), hur varierar den minsta rörelsemängdsosäkerheten över olika inspärrningsstorlekar?

• 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.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Läge–rörelsemängd och tryck på Återställ. Denna förinställning utforskar inspärrning nära atomär (nanometer)skala.
2. Aktivera avläsningen av minsta rörelsemängdsosäkerhet.
3. Ställ in inspärrningsområdet Δx för varje försök och notera minsta möjliga rörelsemängdsosäkerhet.

3 · Samla data

Rita Δp (y-axeln) mot 1/Δx (x-axeln) för dina tre försök. Är linjen rak genom origo?

4 · Analysera

1. Beräkna för ett försök Δp_min = ℏ/(2Δx) med ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. Jämför med tabellen.
2. 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.

5 · Utvidga

1. 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'.
2. 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.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik