概率波不確定性關(guān)系課件

1、復(fù)習(xí)鞏固 光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性。光子的能量與動(dòng)量之間的關(guān)系： 兩式的物理量和p描述光的粒子性， 和描述光的波動(dòng)性。復(fù)習(xí)鞏固 光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象 實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性一個(gè)能量為E、動(dòng)量為 p 的實(shí)物粒子同時(shí)具有波動(dòng)性，動(dòng)量為 P 的粒子波長(zhǎng)：頻率: 這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來(lái)稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。 實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性頻率: 這種與實(shí)物粒子相聯(lián)導(dǎo)入新課 波和粒子是兩種不同的研究對(duì)象,具有非常不同的表現(xiàn),那么,為什么對(duì)于光子、電子和質(zhì)子等粒子又能集它們于一身呢？問(wèn)題導(dǎo)入新課 波和粒子是兩種不同的研究對(duì)象,具有非常不同的45概率波、不確定關(guān)

2、系45概率波、不確定關(guān)系1.了解經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波的基本特征。2.知道光波和物質(zhì)波都是概率波。3.了解“不確定性關(guān)系”的具體含義，并會(huì)用來(lái)分析簡(jiǎn)單問(wèn)題。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波的基本特征。學(xué)習(xí)目標(biāo)自主學(xué)習(xí)1、經(jīng)典物理學(xué)中粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征？2、經(jīng)典物理學(xué)中波的基本特征？3、光子說(shuō)對(duì)明暗條紋的解釋？4、光的波動(dòng)性是不是光子之間的相互作用引起的？為什么？5、光波是一種什么波？6、經(jīng)典波動(dòng)與德布羅意波(物質(zhì)波)的區(qū)別？自主學(xué)習(xí)1、經(jīng)典物理學(xué)中粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征？一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波1、經(jīng)典物理學(xué)中粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征：任意時(shí)刻具有確定的位置和速度。2、經(jīng)典物理學(xué)中波的基本特征：具有頻

3、率和波長(zhǎng)也就是具有時(shí)空的周期性。一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波1、經(jīng)典物理學(xué)中粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征：二、概率波1、光子說(shuō)對(duì)明暗條紋的解釋明紋處到達(dá)的光子數(shù)多，暗紋處到達(dá)的光子數(shù)少。2、光的波動(dòng)性不是光子之間的相互作用 引起的，而是光子自身固有的性質(zhì)。二、概率波1、光子說(shuō)對(duì)明暗條紋的解釋明紋處到達(dá)的光子數(shù)多，2玻恩1926年提出概率波。玻恩(M. Born. 1882-1970)德國(guó)物理學(xué)家。不能肯定某個(gè)光子落在哪一點(diǎn)，但大量光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)規(guī)律確定，即光波是一種概率波。玻恩1926年提出概率波。玻恩(M. Born. 1882-3、電子干涉條紋對(duì)概率波的驗(yàn)證。對(duì)于電子和其他微觀粒子，單

4、個(gè)粒子位置是不確定的，但在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率的大小可以用波動(dòng)的規(guī)律確定。3、電子干涉條紋對(duì)概率波的驗(yàn)證。對(duì)于電子和其他微觀粒子，單個(gè)三、經(jīng)典波動(dòng)與德布羅意波(物質(zhì)波)的區(qū)別 經(jīng)典的波動(dòng)(如機(jī)械波、電磁波等)是可以測(cè)出的、實(shí)際存在于空間的一種波動(dòng)。 而德布羅意波(物質(zhì)波)是一種概率波。簡(jiǎn)單的說(shuō)，是為了描述微觀粒子的波動(dòng)性而引入的一種方法。三、經(jīng)典波動(dòng)與德布羅意波(物質(zhì)波)的區(qū)別 經(jīng)典教材習(xí)題解答 1、答：不對(duì)。光的波動(dòng)性不是光子之間的相互作用引起的，而是光子自身固有的性質(zhì)。 2、答：不能預(yù)測(cè)某光子打在光屏上的落點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，但是能預(yù)知它落在某一點(diǎn)的概率。大量光子在光屏上的落點(diǎn)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在雙干

5、涉圖樣中亮紋處就是光子落點(diǎn)概率大的位置，暗紋處就是光子落點(diǎn)概率小的位置。教材習(xí)題解答 1、答：不對(duì)。光的波動(dòng)性不是光子之間的相 3、答：一個(gè)無(wú)線電波光子的能量是6.6310-28J一個(gè)綠色光子能量是3.9818-19J一個(gè)光子的能量是6.6310-16J粒子的能量=hc/,動(dòng)量p=/c, 波長(zhǎng)=hc/，由此可知，低頻電磁波的能量小，動(dòng)量小，波長(zhǎng)長(zhǎng)，高頻電磁波的能量大，動(dòng)量大，波長(zhǎng)短，由概率波的波粒二象性可知，低頻電磁波的波動(dòng)性顯著而高頻電磁波的粒子性顯著。教材習(xí)題解答 3、答：一個(gè)無(wú)線電波光子的能量是6.6317.5不確定性關(guān)系17.5不確定性關(guān)系不確定關(guān)系1.定義：在經(jīng)典力學(xué)中，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位

6、置和動(dòng)量是可以同時(shí)測(cè)定的，在量子力學(xué)中，要同時(shí)測(cè)出微觀粒子的位置和動(dòng)量是不太可能的，這種關(guān)系叫_ 關(guān)系。2.關(guān)系式_。粒子位置的不確定量x越小，動(dòng)量的不確定量P就越_，反之亦然。 關(guān)鍵一點(diǎn) 不確定關(guān)系表明，單個(gè)粒子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況不能準(zhǔn)確確定，但可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律確定某粒子在某位置出現(xiàn)的概率的大小。不確定性大不確定關(guān)系1.定義：在經(jīng)典力學(xué)中，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量是可以一、不確定度關(guān)系 經(jīng)典力學(xué)：運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等。 微觀粒子：位置、動(dòng)量等具有不確定量（概率）。一束微觀粒子以速度 v 沿 oy 軸射向狹縫。粒子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。y一、不確定度關(guān)系 經(jīng)典力學(xué)：運(yùn)動(dòng)物體

7、有完全確定的位置、動(dòng)量電子通過(guò)狹縫的瞬間，其位置在 x 方向上的不確定量為y 電子的位置和動(dòng)量分別用 和 來(lái)表示。同一時(shí)刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動(dòng)量的分量 Px變化越大。分析計(jì)算可得:電子通過(guò)狹縫的瞬間，其位置在 x 方向上的不確定量為y 電子我們知道，原子核的數(shù)量級(jí)為10-15m，所以，子彈位置的不確定范圍是微不足道的?？梢?jiàn)子彈的動(dòng)量和位置都能精確地確定，不確定關(guān)系對(duì)宏觀物體來(lái)說(shuō)沒(méi)有實(shí)際意義。 例1.一顆質(zhì)量為10g 的子彈，具有200ms-1的速率，若其動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0. 01%(這在宏觀范圍是十分精確的了)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大?解: 子彈

8、的動(dòng)量動(dòng)量的不確定范圍由不確定關(guān)系式(17-17)，得子彈位置的不確定范圍我們知道，原子核的數(shù)量級(jí)為10-15m，所以，子彈位置的不確原子大小的數(shù)量級(jí)為10-10m，電子則更小。在這種情況下，電子位置的不確定范圍比原子的大小還要大幾億倍，可見(jiàn)企圖精確地確定電子的位置和動(dòng)量已是沒(méi)有實(shí)際意義。 例2. 一電子具有200 m/s的速率，動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0. 01%(這已經(jīng)足夠精確了)，則該電子的位置不確定范圍有多大?解: 電子的動(dòng)量為動(dòng)量的不確定范圍由不確定關(guān)系式，得電子位置的不確定范圍原子大小的數(shù)量級(jí)為10-10m，電子則更小。在這種情況下，電 宏觀物體 微觀粒子具有確定的坐標(biāo)和動(dòng)量 沒(méi)有

9、確定的坐標(biāo)和動(dòng)量可用牛頓力學(xué)描述。 需用量子力學(xué)描述。 有連續(xù)可測(cè)的運(yùn)動(dòng)軌道，可 有概率分布特性，不可能分辨 追蹤各個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。 出各個(gè)粒子的軌跡。體系能量可以為任意的、連 能量量子化 。續(xù)變化的數(shù)值。不確定度關(guān)系無(wú)實(shí)際意義 遵循不確定度關(guān)系二、微觀粒子和宏觀物體的特性對(duì)比 宏觀物體 三、不確定關(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(shí)具有確定的位置和動(dòng)量。粒子位置的不確定量 x越小，動(dòng)量的不確定量P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(jì)規(guī)律的必然結(jié)果。三、不確定關(guān)系的物理意義和微觀本質(zhì)1. 物理意義：微觀粒子不 不確定關(guān)系式表明：

10、 微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)得愈準(zhǔn)確( x0) ，動(dòng)量就愈不準(zhǔn)確(px) ； 微觀粒子的動(dòng)量測(cè)得愈準(zhǔn)確(px0) ，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(shuō)微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)不準(zhǔn)； 也不是說(shuō)微觀粒子的動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)； 更不是說(shuō)微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測(cè)不準(zhǔn)； 而是說(shuō)微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)。 不確定關(guān)系式表明：因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量本來(lái)就不同時(shí)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(cè)量技術(shù)和主觀能力的問(wèn)題。 不確定關(guān)系提供了一個(gè)判據(jù)： 當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時(shí)，則可以用經(jīng)典理論來(lái)研究粒子的運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)不確定

11、關(guān)系施加的限制不可以忽略時(shí)，那只能用量子力學(xué)理論來(lái)處理問(wèn)題。為什么微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)?因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量本來(lái)就不同時(shí)具有確定量。為什么微1(多)以下說(shuō)法中正確的是 (AD)A光波和物質(zhì)波都是概率波B實(shí)物粒子不具有波動(dòng)性C光的波動(dòng)性是光子之間相互作用引起的D光通過(guò)狹縫后在屏上形成明暗相間的條紋，光子在 空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)規(guī)律確定1(多)以下說(shuō)法中正確的是 (AD)2為了驗(yàn)證光的波粒二象性，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中將光屏換成感光膠片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是 ( )A曝光時(shí)間很短的照片可清楚地看出光的粒子性，曝光時(shí)間很長(zhǎng)的照片，大量亮點(diǎn)聚集起來(lái)看起來(lái)是連續(xù)的，說(shuō)明大量光子不具有粒子性B單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)，大量光子打在膠片上的位置表現(xiàn)出波動(dòng)規(guī)律C單個(gè)光子通過(guò)雙縫后做勻速直線運(yùn)動(dòng)D干涉條紋的亮條紋處光子到達(dá)的概率大，暗條紋處光子不能到達(dá)B2為了驗(yàn)證光的波粒二象性，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中將光屏換成感光膠3(多)在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過(guò)單縫，那么該光子(CD)A一定落在中央亮紋處B一定落在亮紋處