4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

粒子的波动性和量子力学的建立 经典物理学中的粒子与波 1.经典物理学中粒子的特征 粒子有一定的空间大小，有一定的质量，有的还具有电荷，遵循牛顿运动定律。任意时刻都有确定的位置和速度以及时空中确定的轨道。 经典物理学中的粒子与波 2.经典物理学中波的特征 经典的波在空间是弥散开来的，具有频率和波长，也就是具有时空的周期性。 概率波 1.光波是一种概率波 光的波动性不是光子之间的相互作用的结果，而是光子本身固有的性质。光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，所以，从光子的概念上看，光波是一种概率波。 概率波 2.物质波是一种概率波 对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是不确定的，但是在某点附近出现的概率的大小是可以通过波动的规律确定。对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波是概率波。 概率波 3.概率波的意义 (1)对于单个粒子运动具有偶然性：只能知道粒子落在某点的概率，但是粒子具体达到什么位置是随机的，不能确定在什么位置，无法预先确定。 概率波 3.概率波的意义 (2)对于大量粒子运动具有必然性：有波动规律，可以准确的知道大量粒子运动的统计规律，因此可以对宏观现象进行预测。 概率波 3.概率波的意义 (3)概率波体现了波粒二象性的统一：单个粒子运动存在偶然性，体现出粒子性；大量粒子运动受波动规律的支配，体现出波动性。 不确定性关系 1.经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在微观物理学中，要同时测出粒子的位置和动量是不太可能的。 将微观粒子位置与动量之间的关系归纳为不确定性关系。 不确定性关系 2.不确定关系表达式：用△x表示粒子位置的不确定量，用△p表示粒子在x方向上动量的不确定量，那么它们之间关系可以表示为： 不确定性关系 3.根据不确定性关系，微观粒子的位置和动量是不能同时确定的，也就决定了微观粒子不能用“轨迹”来描述其运动。 同时，也决定了微观粒子的位置和动量不能同时测量准确，二者之间，如果一个量测量准确，那另一个量必然就测不准。 不确定性关系 4.不确定性关系是客观规律，适用于任何物体。但是所谓的测不准并不是因为测量技术或主观能力。根据△p=m△v，可得上式。 在宏观世界，质量基本不随速度发生变化，且质量m远大于h，故其△x与△v都非常小，可以忽略不计。 在微观世界，质量会随着速度发生变化，且质量m接近于h，此时△x与△v不可忽略。 所以，不确定性关系只能在微观世界观测到。 不确定性关系 5.不确定性关系的意义 当不确定性关系施加的限制可以忽略时，可用经典物理学对粒子进行研究；当不确定性关系施加的限制不可忽略时，只能用量子力学对粒子进行研究。 不确定性关系的限制是否能忽略，主要看普朗克常量h的值是否能忽略。所以说，普朗克常量h是划分经典物理学与量子力学的一条界线。 物理模型与物理现象 在经典物理学中，对于宏观物质，我们分别建立粒子模型和波动模型。 在量子力学中，对于微观物质，我们需要建立波粒二象性模型。 $$