高中物理 17.5 不確定性關(guān)系課件 新人教版選修3-5.ppt

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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 引出光的單縫衍射實驗 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)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)生觀察單縫衍射實驗 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 更多的運用公式說明解決實際問題 讓學(xué)生能從計算結(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 在屏上的落點應(yīng)在縫的投影之內(nèi) 由于衍射 落點會超出單縫投影的范圍 其它粒子也一樣 說明微觀粒子的運動已經(jīng)不遵守牛頓運動定律 不能同時用粒子的位置和動量來描述粒子的運動了 光的單縫衍射 屏上各點的亮度實際上反映了粒子到達該點的概率 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 01kg的子彈 都以200m s的速度沿x方向運動 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 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 這是因為微觀粒子的坐標(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