17.4 概率波 17.5 不确定关系 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版选修3-5

学习目标： 1、知道德布罗意波是概率波； 2、了解不确定关系的概念和相关计算； 3、了解经典的粒子模型和波动模型以及与其有关的物理现象。 重、难点： 1、知道波粒二象性中粒子与经典粒子、波与经典波的区别 2、不确定关系的概念 3、对不确定关系的定量应用 17.4 概率波 17.5 不确定关系 选修3-5 第十七章 波粒二象性 。 制作者：河南驻马店高级中学 李阳 一、经典的粒子和经典的波 1、经典的粒子的基本特征 粒子有一定的空间大小、一定的质量和电荷量 粒子的运动遵从牛顿第二定律 粒子有确定的位置、速度以及时空中确定的轨道。 2、经典的波的基本特征 在空间具有弥散性  具有一定的频率、波长具有时空的周期性 在经典物理学中，波和粒子是两个不同的研究对象， 具有非常不同的表现，互不相容，遵从不同的规律 二、概率波 1、光波是一种概率波 1926年德国物理学家波恩指出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但在屏上各处明暗不同可以推知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗处的概率小。 光的强弱对应于光子的数目，明纹处达到的光子数多，明纹表示光子达到的概率大。暗纹反之。 甲 丙 乙 即光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定；从光子的概念上看，光波是一种概率波。光子的波动性时期本身具有的。 7个电子 100个电子 3000 20000 一个一个电子依次入射双缝的衍射实验： 70000 体现了粒子性 体现了波动性 粒子出现的概率高 粒子出现的概率低 2、德布罗意波是一种概率波 概率波特点 ⑴不能确定某时刻某个粒子落在哪个位置 ⑵粒子落在某一位置附近的概率可以确定，且粒子在空间出现的概率可通过波动的规律确定。 结论：光波和物质波都是概率波 波动性不是粒子间相互作用引起的，而是粒子自身固有的性质 少数粒子主要体现出的是粒子性 多数粒子主要体现出的是波动性 此所谓物质波的波粒二象性 经典的波动(如机械波、电磁波等)是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。 而德布罗意波(物质波)是一种概率波。简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。 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性 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。 三、不确定性关系 y 一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电子通过狭缝的瞬时，其坐标x为多少?显然，这一问题，我们无法准确地回答，因为此时该电子究竟在缝上哪一点通过是无法确定的，即我们不能准确地确定该电子通过狭缝时的坐标。 同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量的分量 Px变化越大。 不确定性关系 (1901~1976) 德国物理学家,量子力 学矩阵形式的创建人, 1932年获诺贝尔物理学奖。 问题1：能否同时精确测出微粒的位置和动量？ 微观粒子的位置和动量不能同时确定，若位置的不确定量减小了，动量的不确定量就会增大；若粒子有确定的动量，其位置就完全不确定。 经严格证明应为： （约化普朗克常量） 不确定关系式表明：微观粒子的坐标测得愈准确( x0) ，动量就愈不准确(p ) ；微观粒子的动量测得愈准确(p 0) ，坐标就愈不准确( x) 。 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。 即微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。 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。 这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。 这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。 由上讨论可知，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。 问题２．为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准? 不确定关系是普遍成立的 但为我们提供了一个判据： 当不确定关系施加的限制可以忽略时， 则可以用经典理论来研究粒子的运动。 当不确定关系施加的限制不可以忽略时， 那只能用量子力学理论来处理问题。 问题３．不确定关系的适用性 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