17.5 不确定关系 课件 -2021-2022学年高二下学期物理人教版选修3-5

17.5 不确定性关系 1 在经典力学中，粒子（质点）的运动状态用位置坐标和动量来描述，而且这两个量都可以同时准确地予以测定。如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。 然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢？ 思考 若光子是经典粒子,它在从光源飞向屏的过程中不受力的作用，应该做匀速直线运动，在屏上的落点应在缝的投影之内。 由于衍射，它到达屏上的位置会超出单缝投影的范围。由于其他粒子也具有波动性，所以其他粒子经过单缝时也有同样的现象。 微观粒子的运动已经不再遵守牛顿运动定律 ， 位置、动量等具有不确定量（概率）。 不确定关系 单缝衍射时，屏上各点的亮度反映了粒子到达这点的概率。 入射的粒子有确定的动量，但它们可以处于挡板左的任何位置，也就是说，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的。对于通过挡板狭缝的粒子则可以说，它们的位置被狭缝限定了，它们的位置不确定量减小了。 狭缝的宽度代表粒子位置不确定范围。 不确定关系 微观粒子具有波动性，会发生行射，大部分粒子散布在宽度为b的中央亮条之内。这粒子在到达狭缝之前沿着水平方向运动，而在经过狭缝之后有些粒子跑到缝的投影位置以外，我们可以说这些粒子具有了与其原来运动方向垂直的动量。由于哪个粒子到达屏上的哪个位置完全是随机的。 中央亮条的宽度代表粒子动量不确定范围。 不确定关系 若减少狭缝宽度，屏上中央亮条就越宽。这表明，尽管更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定量却更大了。 （不确定关系） 不确定关系 △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。 不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。 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越小，动量的不确定量就越大，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。 德国物理学家海森伯　 不确定关系 宏观物体 微观粒子 具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描述 没有确定的坐标和动量，需用量子力学描述 有连续可测的运动轨道，可追踪各个物体的运动轨迹 有概率分布特性，不能确定粒子的轨迹 体系能量可以为任意的、连续变化的数值 能量量子化 坐标 动量 轨迹 能量 不确定关系 宏观物体和微观粒子的特性对比 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。 一个宏观系统总是包含若大量粒子，因此我们仍然能够对宏观现象进行预言。例如，当粒子数很少时，我们不能预言粒子通过挡板上的狭缝后落在屏上的位置，但却可以准确地知道粒子落在屏上某点的概率:概率大的位置正好是某种波通过狭缝发生衛射时产生亮条的位置。 不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题。 不确定关系 量子力学在波粒二象性和不确定关系上建立起来。 三、不确定关系 微观粒子的运动已经不再遵守牛顿运动定律 ， 位置、动量等具有不确定量（概率）。 ①狭缝的宽度代表粒子位置不确定范围。 ②中央亮条的宽度代表粒子动量不确定范围。 1、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越小，动量的不确定量就越大，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。 2、不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。 课堂小结 3、不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题。 量子力学在波粒二象性和不确定关系上建立起来。 课堂小结 1、一颗质量为10g 的子弹，具有200m·s-1的速率，若其动量的不确定范围为动量的0. 01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大? 动量的不确定范围 解：子弹的动量 趁热打铁 由不确定关系式得子弹位置的不确定范围 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 。 趁热打铁 2、一电子具有200 m/s的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大? 动量的不确定范围 解 : 电子的动量为 趁热打铁 由不确定关系式，得电子位置的不确定范