17.5 不确定关系-【二元课件】2020-2021学年高二物理课件+素材精选（人教版选修3-5）

§17.5不确定关系 1.物质波 实物粒子的波粒二象性 光的干涉、衍射等现象证实了光的波动性；热辐射、光电效应和康普顿效应等现象又证实了光的粒子性。光具有波-粒二象性。 德布罗意在光的二象性的启发下，提出了与光的二象性完全对称的设想，即实物粒子（如电子、质子等）也具有波-粒二象性的假设。 德布罗意 复习回顾 不仅光具有波粒二象性，一切实物粒子(如电子、原子、分子等)也都具有波粒二象性; 具有确定动量 P 和确定能量 E 的实物粒子相当于频率为 和波长为 的波, 二者之间的关系如同光子和光波的关系一样, 满足： 2.德布罗意假设： 这种和实物粒子相联系的波称为 德布罗意波 或 物质波 。 υ λ 第十七章 波粒二象性 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 经典物理学中，物体在任何时刻都具有完全确定的位置，动量，能量和角动量 微观世界中，微观粒子既有粒子性，又有波动性，粒子在空间中总以一定的概率出现在某一位置 C B A A,B,C三个小球在光滑水平面上沿直线运动经过一狭缝，根据牛顿运动定律，最终三个小球终点位置都在狭缝投影范围内 把小球换成微观粒子，把狭缝的宽度变得非常窄，让微观粒子通过狭缝，如果微观粒子是经典粒子，微观粒子在屏上的落点也应在狭缝的投影范围之内 实际上，微观粒子在屏上的落点似乎到处都是，单个粒子的运动不遵循牛顿运动定律 难道微观粒子的运动就没有任何规律可言吗？ 一、光的单缝衍射 遵从牛顿定律，有确定的运动轨迹，可以同时用位置、动量描述，也就是可以同时测准其位置和动量。 事实光子不是经典粒子，由于衍射,落点会超出单缝投影的范围，遵从（概率波）统计规律，没有确定的运动轨迹。能否同时用位置、动量描述？ 有运动轨道打在缝后屏的投影区 如果光子是经典粒子，从光源飞向屏，不受力，做匀速直线运动。 单缝 屏 激光 单缝 屏 激光 激光束 像屏 如果用坐标和动量描述粒子（光子）在 x 轴上的运动，狭缝的宽度为 ∆x ，粒子通过狭缝的瞬间在 x 轴上的坐标是多少？ 粒子通过狭缝时其位置在 x 轴上不确定量为缝宽 ∆x， 粒子通过狭缝时在 x 轴上的动量 p 是多少？ 大部分粒子通过狭缝后打在狭缝投影之外的位置，说明大部分粒子都有沿 x 轴方向的动量，粒子落点位置越偏，p 越大，中央亮条纹越宽，则沿 x 轴方向动量不确定量 ∆p 越大 无法确定 无法确定 一.光的单缝衍射 x 为了更准确的测定通过狭缝时粒子在 x 轴方向上的位置，我们可以选用更窄的狭缝（如图1），实验现象表明，狭缝越窄，屏上中央亮条就越宽，尽管粒子通过狭缝时坐标不确定量 ∆x 变小了，但粒子在 x 轴方向上的动量不确定量 ∆p 更大了 x 图2 图1 图3 图4 一.光的单缝衍射 如果要更准确的确定 x 轴上粒子的位置（∆x更小），那么 x 轴上动量的测量一定会更不准确（∆p更大）； 更准确地测量粒子在 x 轴上的动量（∆p更小），那么 x 轴上粒子的位置会更不准确（∆x更大）； 微观粒子不满足牛顿运动定律，也不能同时准确地知道粒子的位置和动量，因而不可能用轨迹来描述粒子的运动 一.光的单缝衍射 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  ③在缝后x方向有动量，也是不确定的       ，  若减小缝宽： 位置的不确定范围减小，但中央亮纹变宽，所以x方向动量的不确定量变大 不能同时测准位置和动量 入射粒子 1927年海森伯提出：粒子在某一坐标轴上位置的不确定量 ∆x 与该轴上的动量不确定量 ∆p 的乘积满足 ∆x: x 轴上坐标的不确定量 ∆p: x 轴上动量的不确定量 h : 普朗克常数 6.63×10-34J∙s 二.海森伯不确定关系 1. 物理意义： 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。 不确定关系式表明：微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。 微观粒子的坐标测得愈准确( x0) ，动量就愈不准确(px) ； 微观粒子的动量测得愈准确(px0) ，坐标就愈不准确( x) 。 是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。 不确定关系的物理意义和微观本质 对不确定性关系的理解 1．粒子位置的不确定性 单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们可以处于挡板左侧的任何位置，也就是说，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的。 归纳提升 2．粒子动量的不确定性 (1)微观