Kvantemekanik byder på kontraintuitive fænomener og abstrakte begreber. Den beskriver de regler, naturen følger på atomart niveau, og ligger bag store dele af den teknologi, vi bruger hver dag.
I FysikLab på SDU kan eleverne arbejde eksperimentelt med klassiske opstillinger, der åbner døren til kvantebegreber som fotoner, usikkerhedsprincippet, bølge-partikel-dualitet, superposition, komplementaritet og ideen om sammenfiltring (entanglement) – og hvordan ideerne spiller ind i moderne teknologier.
Forløbet er målrettet 3.g på både A- og B-niveau og kan tilrettelægges efter ønske. De kan også bruges som faglig inspiration til SRP/SOP. Hvis forsøgene skal indgå til eksamen, kan vi udlåne udstyr til dette efter aftale.
Emneområder
- Lys som bølge og partikel: interferens/diffraktion, fotoner og spektre.
- Kvantebegreber i praksis: usikkerhedsprincip, superposition, komplementaritet og sammenfiltring (entanglement, som matematisk struktur).
- Måleteknik og dataopsamling: sensorer og opstillinger, dataopsamling i LoggerPro, kalibrering og usikkerhed.
- Databehandling og modellering: grafer, lineære fits (fx til bestemmelse af Plancks konstant), sammenligning med teoretiske modeller.
- Naturvidenskabelig metode: hypotese → måling → analyse → vurdering af fejlkilder → konklusion.
- Perspektiver: kvanteteknologi (lasere, halvledere, sensorer), og hvad “måling” betyder i fysik (filosofisk vinkel).
Det lærer dine elever
- at forklare og anvende centrale kvantebegreber (foton, superposition, komplementaritet og usikkerhed) med udgangspunkt i konkrete målinger.
- at gennemføre eksperimenter med interferens, diffraktion, elektriske kredsløb, LED og fotoelektrisk effekt og koble observationer til modeller.
- at indsamle data med Logger Pro, opsætte relevante grafer og udføre lineære fits til at bestemme fysiske størrelser (fx Plancks konstant).
- at vurdere måleusikkerhed, fejlkilder og kvaliteten af et fit (fx hældning/skæring og om data følger modellen).
- at forklare, hvordan “hvilken-vej-information” kan påvirke interferens, og hvad det siger om måling i kvantemekanik.
- at perspektivere forsøgene til moderne teknologi og SRP/SOP-problemstillinger (fx kvanteteknologi og måleprincipper).
Workshoppen kan afvikles på 3-6 timer (inkl. ankomst og pauser), afhængigt af type og antal ønskede forsøg. Det tilpasses efter dine ønsker.
En typisk workshop sammensættes med:
- ankomst og introduktion (ca. 45 minutter)
- eleverne arbejder med eksperimenter (ca. 90 minutter)
- opsamling og afrunding (ca. 45 minutter)
Workshoppen kan fx udvides med en rundvisning, et studieoplæg eller et andet fagligt oplæg.
Antal øvelser og omfanget af forberedelse aftales med underviseren. Dataopsamling foregår med LoggerPro på FysikLabs computere eller elevernes egne computere.
Forsøg i temaet
- Heisenbergs usikkerhedsrelation via enkeltspaltediffraktion: I måler diffraktionsmønstre for forskellige spaltebredder og ser, hvordan en “indsnævring i rummet” giver større spredning i retning – et klassisk bølgeargument, der knyttes direkte til Heisenbergs idé.
- Bestemmelse af Plancks konstant med LED: I undersøger LED’ers tærskelspænding og kobler den til fotonenergien for forskellige farver, så Plancks konstant kan bestemmes ved lineær sammenhæng mellem frekvens og spænding.
- Fotoelektrisk effekt – bestemmelse af Plancks konstant: Med lys fra kendte spektrallinjer måles stoppotentialet, og sammenhængen mellem fotonfrekvens og elektronernes maksimale energi bruges til at bestemme (h) og diskutere, hvorfor intensitet og frekvens spiller forskellige roller.
- Dobbeltspalte med polarisering – fra interferens til entanglement“quantum eraser”: I ser, hvordan interferens kan forsvinde, når which-path-information bliver tilgængelig via polarisering, og hvordan en analysator kan “genskabe” interferens – koblet til superposition, komplementaritet og ideen om sammenfiltring (entanglement).
Forsøg på vej
Elektrondiffraktion, Kolloide kvanteprikker og NV-centre i diamant.
Efter aftale.
Jo flere mulige datoer du angiver i din bookingforespørgsel, desto større er sandsynligheden for at vi kan imødekomme dine ønsker.
Senest 14 dage før workshoppen.
Send dog gerne din bookingforespørgsel i god tid.
Omfanget af forberedelse aftales med underviseren.