高中物理 17_5 不確定性關(guān)系課件 新人教版選修3-5

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1、, 5 不確定性關(guān)系,知道微觀粒子的動量和位置不能同時被準(zhǔn)確確定。 2. 知道波粒二象性和不確定關(guān)系是量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)。 3. 知道量子力學(xué)是解決微觀物理問題的重要手段 4. 知道微觀粒子與宏觀物體所遵循規(guī)律的差異，體會人類直接經(jīng)驗(yàn)的局限性。,首先根據(jù)微觀粒子具有波動性，其坐標(biāo)和動量不能同時確定，不能用經(jīng)典的方法來描述其粒子性的特點(diǎn)，引出光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)。通過分析，得出海森伯不確定關(guān)系，然后通過比較電子與子彈速率相同時，測量位置所能達(dá)到的最小不確定度，說明對微觀粒子不能用經(jīng)典力學(xué)來描寫，又通過微觀粒子和宏觀物體的特性對比，再提出能量和時間的不確定關(guān)系，最后說明不確定關(guān)系的物理意義。 本節(jié)

2、內(nèi)容比較抽象，學(xué)生在理解上會比較困難，結(jié)合動畫的形式讓學(xué)生觀察單縫衍射實(shí)驗(yàn)，并且通過微觀粒子和宏觀物體的特性對比，讓學(xué)生對微觀粒子和宏觀物體的特性有較為全面的把握和理解。在公式的說明部分，更多的運(yùn)用公式說明解決實(shí)際問題，讓學(xué)生能從計(jì)算結(jié)果得出自己的見解，更好地消化本章內(nèi)容。,根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，如果我們已知一物體的初始位置和初始速度，就可以準(zhǔn)確地確定物體在任意時刻的位置和速度。,但是在微觀世界中，由于微觀粒子具有波動性，其坐標(biāo)和動量不能同時確定。我們不能用經(jīng)典的方法來描述它的粒子性，本節(jié)課我們就一起來學(xué)習(xí)。,激光束,光屏,若光子是經(jīng)典粒子，在屏上的落點(diǎn)應(yīng)在縫的投影之內(nèi)。,由于衍射，落點(diǎn)會超出單縫投

3、影的范圍，其它粒子也一樣，說明微觀粒子的運(yùn)動已經(jīng)不遵守牛頓運(yùn)動定律，不能同時用粒子的位置和動量來描述粒子的運(yùn)動了。,光的單縫衍射,,屏上各點(diǎn)的亮度實(shí)際上反映了粒子到達(dá)該點(diǎn)的概率。,1. 在擋板左側(cè)位置完全不確定,2. 在縫處位置不確定范圍是縫寬 a = x,,若減小縫寬：位置的不確定范圍減小，但中央亮紋變寬，所以 x 方向動量的不確定量( px )變大,一、海森伯不確定關(guān)系,1927 年海森伯提出：粒子在某方向上的坐標(biāo)不確定量與該方向上的動量不確定量的乘積必不小于普朗克常數(shù)。,海森伯不確定關(guān)系告訴我們：微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時確定。粒子位置若是測得極為準(zhǔn)確，我們將無法知道它將要朝什么方向運(yùn)

4、動；若是動量測得極為準(zhǔn)確，我們就不可能確切地測準(zhǔn)此時此刻粒子究竟處于什么位置。,不確定關(guān)系是物質(zhì)的波粒二象性引起的。,對于微觀粒子，我們不能用經(jīng)典物理學(xué)來描述。,海森伯不確定關(guān)系對于宏觀物體沒有施加有效的限制。,例1 若電子與質(zhì)量 m = 0.01 kg 的子彈，都以 200 m/s 的速度沿 x 方向運(yùn)動，速率測量相對誤差在 0.01% 內(nèi)。求在測量二者速率的同時測量位置所能達(dá)到的最小不確定度 x。,對電子,對子彈,微觀粒子和宏觀物體的特性對比,不確定性關(guān)系的物理意義和微觀本質(zhì),1. 物理意義,微觀粒子不可能同時具有確定的位置和動量。粒子位置的不確定量 x 越小，動量的不確定量 px 就越大

5、，反之亦然。,2. 微觀本質(zhì),是微觀粒子的波粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的必然結(jié)果。,不確定關(guān)系式表明 1. 微觀粒子的坐標(biāo)測得愈準(zhǔn)確 ( x 0 ) ，動量就愈 不準(zhǔn)確 ( px ) ； 微觀粒子的動量測得愈準(zhǔn)確 ( px 0 ) ，坐標(biāo)就愈不 準(zhǔn)確 ( x ) 。 但這里要注意，不確定關(guān)系 不是說微觀粒子的坐標(biāo)測不準(zhǔn)； 也不是說微觀粒子的動量測不準(zhǔn)； 更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量都測不準(zhǔn)； 而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時測準(zhǔn)。,2. 不確定關(guān)系提供了一個判據(jù) 當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時，可以用經(jīng) 典理論來研究粒子的運(yùn)動。 當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時，只能用 量子力學(xué)理論來處理問題。,這是因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動量本來就不同時具有 確定量。 這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性的必然反映。 由上討論可知，不確定關(guān)系是自然界的一條客觀規(guī) 律，不是測量技術(shù)和主觀能力的問題。,為什么微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時測準(zhǔn)？,海森伯的不確定性原理,1. 海森伯不確定關(guān)系,2. 不確定關(guān)系的物理意義,