ฟิสิกส์ยุคใหม่
อิเล็กตรอนไฮเซนเบิร์ก
บีบ Δx ให้แน่นหรือเพิ่ม K — ตรวจ Δx·Δp ≥ ℏ/2 บนแถบ
อิเล็กตรอนไฮเซนเบิร์ก — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ บีบ Δx ให้แน่นหรือเพิ่ม K — ตรวจ Δx·Δp ≥ ℏ/2 บนแถบ ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
หลักความไม่แน่นอน
บีบ Δx ให้แคบลงหรือเพิ่ม K — ตรวจสอบ Δx·Δp ≥ ℏ/2 บนแถบ
กักอิเล็กตรอนไว้ที่ Δx ≈ 0.1 นาโนเมตร (ระดับอะตอม) การกระจายโมเมนตัม Δp อย่างน้อยเท่ากับ ℏ/(2Δx) ดังนั้น Δx·Δp ≥ ℏ/2 กดเล่น: กล่องกักเก็บหายใจเล็กน้อยและเส้นโค้ง ψ / |ψ|² แกว่งไกวเหมือนกลุ่มคลื่นสสาร การบีบ Δx ให้แคบลงหรือเพิ่มพลังงานจลน์ K จะเพิ่มผลคูณที่แสดงบนแถบ
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- การแลกเปลี่ยน
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
ถ้ากักอิเล็กตรอนไว้ในบริเวณเล็กลงเรื่อย ๆ (ลดความไม่แน่นอนของตำแหน่ง) ความไม่แน่นอนขั้นต่ำของโมเมนตัมจะเล็กลงตามหรือโตขึ้น
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- มันโตขึ้น — ความไม่แน่นอนของตำแหน่งกับโมเมนตัมแลกกัน การกัดตำแหน่งให้แม่นขึ้นบังคับให้โมเมนตัมไม่แน่นอนขึ้น
- มันเล็กลงตามความไม่แน่นอนของตำแหน่ง
- ความไม่แน่นอนของโมเมนตัมไม่ขึ้นกับของตำแหน่ง
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ความไม่แน่นอนของตำแหน่ง Δx (nm)
สิ่งที่คุณวัด:
- ความไม่แน่นอนของโมเมนตัม Δp (×10⁻²⁵ kg·m/s)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ heisenberg-electron แล้วกดรีเซ็ต
- เปิดค่าแสดงความไม่แน่นอนของโมเมนตัมขั้นต่ำ
- ตั้งความไม่แน่นอนของตำแหน่ง Δx ในแต่ละรอบแล้วบันทึกความไม่แน่นอนของโมเมนตัมที่น้อยที่สุด
สมการควบคุม
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก — Δx·Δp ≥ ℏ/2
ตำแหน่งกับโมเมนตัมไม่มีวันรู้พร้อมกันด้วยความแม่นยำไม่จำกัด: Δx·Δp ≥ ℏ/2 โดย ℏ = h/2π ตำแหน่งที่รู้แม่นยำกว่า บังคับให้โมเมนตัมไม่แน่นอนมากขึ้นตามสัดส่วน
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ Δp_min = ℏ/(2Δx) โดยใช้ ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s เทียบกับตาราง
- อธิบายว่าเหตุใดผลคูณ Δx·Δp_min จึงเท่ากันพอดี (ℏ/2) ทุกรอบ — หลักความไม่แน่นอนตั้งขอบเขตล่างคงที่ให้ผลคูณของความไม่แน่นอนทั้งสอง ไม่ใช่ตัวใดตัวหนึ่งลำพัง
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- หลักความไม่แน่นอนไม่ใช่เรื่องเครื่องมือวัดอันตะนี้รบกวนอนุภาค — แต่เป็นสมบัติพื้นฐานของสถานะควอนตัมเอง เป็นจริงแม้เครื่องมือวัดสมบูรณ์แบบ อธิบายว่าเหตุใด “การรบกวนจากการวัด” จึงเป็นวิธีบรรยายที่นิยมแต่ไม่ครบถ้วน
- สำหรับลูกเบสบอล (หนักกว่าอิเล็กตรอนมาก) การกักตำแหน่งให้อยู่ในหนึ่งมิลลิเมตรยังให้ความไม่แน่นอนของโมเมนตัมขั้นต่ำเล็กล้อย่อยเทียบกับโมเมนตัมจริงของมัน อธิบายว่าเหตุใดความไม่แน่นอนเชิงควอนตัมจึงสังเกตได้เฉพาะอนุภาคเบามากอย่างอิเล็กตรอน
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ อิเล็กตรอนไฮเซนเบิร์ก
- เลือกชุดตั้งค่าความไม่แน่นอน
- กดเล่น
- การกระจายใน x และ p
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ