2020年高中物理竞赛-普通物理学C（修订版）15物质波：不确定关系的物理实质(共12张PPT)

2020高中物理竞赛 普通物理学C （2020新修版） 三、不确定关系的物理实质 注意：不确定关系不是实验误差，不是由于理论不完善或仪器不准确引起的。 不确定关系是微观粒子波粒二象性的直接结果， 是微观粒子的内禀属性。 1.说明用经典方式来描述微观客体是不可能完全准确的，经典模型不适用于微观粒子。 借用经典手段来描述微观客体时，必须对经典概念的相互关系和结合方式加以限制。 不确定关系就是这种限制的定量关系。 * 该问题可用经典力学处理，否则要用量子力学处理。 由 可同时取零 可同时确定 2. 给出了宏观与微观物理世界的界限，经典粒子模型可应用的限度 * 不确定关系的本质含义是：任何一对广义动量 与广义坐标在理论上不可能同时具有确定值 量子力学中任何一对广义动量与广义坐标之乘 积都满足不确定关系 不确定关系只有在量子系统中才明显表现出来 说明：不能单纯以物理对象是否十分“微小”来判定该系统属于经典系统或量子系统，而必须依据其作用量是否与 相当来判定。 * 3.互补原理——哥本哈根精神 宏观世界： 可不计及“测量”对被测对象状态的影响。 1)认为自然过程是连续的，原则上可把测量干扰连续减小，限制在所需的测量精度内。 2)认为客体与仪器的相互作用服从因果决定论，可以估算和控制干扰，修正测量值。 测量——反映着客体、仪器和观察者的相互作用 为什么宏观世界与微观世界有如此巨大的差别？ “观测行为在被测事件下所引起的那部分原则上不可控制的干扰是讨论原子现象时起决定作用的一个特征” ——海森伯 * 微观世界： 不能不计及测量行为产生的干扰。 1)以“量子化”取代连续性，作用量子 h 的存在规定了干扰的下限，无法超越。 2)以概率性描述取代“决定论”，使对测量的干扰不可控制，不可预测，不能校正。 量子现象不只属于被观测的客体，而是属于客体和仪器整体，反映的不仅仅是客体的存在和性质，而且是客体和仪器的“关系”。 * 不同的实验装置决定了不同的可测量，显示出客体某些方面的特性而抑制其它方面的特性 类比： 相对论中，长度、寿命、质量的测量结果反映了客体与作为参考的惯性系间的关系。 仅在“课堂”条件下观察，不可能了解某同学在运动方面的特长。 显示粒子性抑制波动性 显示波动性抑