人教版物理选修35第十七章第5节不确定性关系(共20张)课件

1、第十七章 波粒二象性 第5节 不确定性关系人教版选修3-5第1页，共20页。根据经典物理学,如果我们已知一物体的初始位置和初始速度,就可以准确地确定以后任意时刻的位置和速度.但是在微观世界中,由于微观粒子具有波动性,其坐标和动量不能同时确定。我们不能用经典的方法来描述它的粒子性第2页，共20页。德国著名的现代物理学家。1924年进入哥廷根大学深造，先后拜师于玻尔和波恩门下。海森伯第3页，共20页。一、光的单缝衍射激光束像屏若光子是经典粒子，在屏上的落点应在缝的投影之内由于衍射，落点会超出单缝投影的范围，其它粒子也一样，说明微观粒子的运动已经不遵守牛顿运动定律，不能同时用粒子的位置和动量来描述粒

2、子的运动了第4页，共20页。入射粒子屏上各点的亮度实际上反映了粒子到达该点的概率（1）在挡板左侧位置完全不确定（2）在缝处位置不确定范围是缝宽a=x（3）在缝后方向有动量，也是不确定的,px第5页，共20页。若减小缝宽：位置的不确定范围减小，但中央亮纹变宽，所以方向动量的不确定量变大 1927年海森伯提出：粒子在某方向上的坐标不确定量与该方向上的动量不确定量的乘积必不小于普朗克常数。二、海森伯不确定关系第6页，共20页。 海森伯不确定关系告诉我们：微观粒子坐标和动量不能同时确定。粒子位置若是测得极为准确，我们将无法知道它将要朝什么方向运动；若是动量测得极为准确，我们就不可能确切地测准此时此刻粒

3、子究竟处于什么位置。 不确定关系是物质的波粒二象性引起的。 对于微观粒子，我们不能用经典的来描述。海森伯不确定关系对于宏观物体没有施加有效的限制。第7页，共20页。不确定关系的物理意义和微观本质1. 物理意义： 微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量 x越小，动量的不确定量Px就越大，反之亦然。2. 微观本质： 是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。但这里要注意，不确定关系，不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。第8页，共20页。量子力学矩阵力学波动力学海

4、森伯薛定谔可能有关的还有：生命的起源、物种的变异、光合作用的机制如此等等。总之，生命的秘密和思维的奥妙不可能与量子力学的规律无关。这就难怪薛定谔后来转而对生命科学很感兴趣了。1946年他写出了著名的生命是什么一书，提出了一些很有创见的观点。遗憾的是，在他有生之年，那可怜的箱中之猫依然生死不明。第9页，共20页。 能量与时间的不确定关系： 原子在激发态的平均寿命 相应地所处能级的能量值一定有一不确定量。称为激发态的能级宽度。第10页，共20页。 利用数学方法对微观粒子的运动进行分析可以知道：位置和动量的不确定关系时间和能量的不确定关系著名的不确定关系推导其他几对的不确定关系第11页，共20页。三

5、、不确定度关系 经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。 微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率）。 电子衍射中的不确定度一束电子以速度 v 沿 oy 轴射向狭缝。电子在中央主极大区域出现的几率最大。yb光强x表示粒子位置的不确定量，p表示沿x轴的动量不确定量。x越小，明纹宽度越大，角越多，p的不确定量越大。衍射越明显。反之，p的不确定量越小。第12页，共20页。对不确定关系(即测不准关系)xpxh的几点说明：(1) 此关系完全来自物质的二象性，由物质的本性所决定，与实验技术或仪器的精度无关。(2) 不确定原理对任何物体都成立。对于宏观尺度的物体，其质量m通常不随速度v变化(因为一

6、般情况下v h，因此x和v x可以同时达到相当小的地步，远远超出最精良仪器的精度，不确定范围小的完全可以忽略。可见，不确定现象仅在微观世界方可观测到。(3) 粒子的动量和坐标不可能同时确定。不确定关系不仅适用于电子和光子，也适用于其它粒子。第13页，共20页。 不确定关系是建立在波粒二象性基础上的一条基本客观规律，它是波粒二象性的深刻反应，也是对波粒二象性的进一步描述。 不确定关系是由物质本身固有的特性所决定的，而不是由于仪器或测量方法的缺陷所造成的。不论测量仪器的精度有多高，我们认识一个物理体系的精确度也要受到限制。 不确定关系说明经典描述手段对微观粒子不再适用。 不确定关系指明了宏观物理与

7、微观物理的分界线。在某个具体问题中，粒子是否可作为经典粒子来处理，起关健作用的是普朗克恒量h的大小。四、物理模型与物理现象第14页，共20页。 在波粒二象性和不确定性关系基础上建立起来的量子力学在半导体材料，电子表，计算机到核电站和计算机领域有广泛的应用。但是，对于“量子”的图景，物理解释和哲学意义，却一直存在着分歧和激烈的争论。 爱因斯坦和波尔对量子理论的发展都做出了杰出的贡献，他们两人的争论主要集中在量子力学的理论基础及哲学思想方面。实际上，也正因为这两位大师的不断论战，量子力学才在辩论中发展成熟起来。第15页，共20页。 爱因斯坦始终坚持经典哲学思想和因果观念：一个完备的物理理论应该具有

8、确定性、实在性和局域性。而海森城堡提出动量和位置不能同时准确测量，当准确测定一个粒子在此刻的速度时，就无法测准其在此刻的位置；如果要想准确测定位置，就不可能准确地测量速度。爱因斯坦对此说：“上帝不掷骰子！”而玻尔反驳道，爱因斯坦，不要告诉上帝该怎么做！ 作为20世纪最伟大的物理学家爱因斯坦在晚年也只好承认“整整50年有意义的思考，并没有使我更接近光量子是什么这个问题的答案” 然而，越困难，越具有挑战性的问题，就越是让人类的好奇心无法割舍，这种思考和争论仍在继续着.第16页，共20页。1、若电子与质量 m = 0.01 Kg 的子弹，都以 200 m/s 的速度沿 x 方向运动，速率测量相对误差在 0.01% 内。求在测量二者速率的同时测量位置所能达到的最小不确定度 Dx 。解：（1）电子位置的不确定度电子动量不确定度课堂练习第17页，共20页。（2）子弹位置的不确定度子弹动量不确定度子弹很小，仪器测不出，用经典坐标、动量完全能精确描写。对微观粒子不能用经典力学来描写。第18页，共20页。 我们知道，原子核的数量级为10-15m，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。 2、一颗质量为10