《不确定性原理》PPT课件

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1、经典物理：由t=0时粒子坐标、动量任意t时粒子坐标、动量粒子的轨道(经典的决定论)§17-3不确定性原理但波动性使微观粒子的坐标和动量(或时间和能量)不能同时取确定值。下面仍以单缝衍射来对此作进一步分析。1927年海森伯提出了不确定关系。反映微观粒子的基本规律，是物理学中的重要关系。一、电子单缝衍射实验电子束p设电子的物质波长λ与缝宽d半角宽度之间关系是：P224缝后：电子出现在屏上不同地方，说明动量px≠0，py≠0电子坐标x正好位于狭缝才能通过电子束p看衍射过程中，电子动量和坐标的变化情况：如图：x轴沿缝方向y轴沿电子入射方向缝前：电子沿y方向运动，动量px=0，py=p

2、坐标x可任意值P224要准确地确定粒子在穿过狭缝时的坐标x，就要尽可能地将缝宽d缩小.粒子穿过狭缝时具有波动性，会发生衍射现象，缝宽越小,粒子衍射性越明显,px越不容易确定！狭缝处：电子的位置和动量能同时确定吗？对狭缝处的每一个电子，不能确定x坐标和动量px的准确值，而只知道x和px的取值范围，所以说，电子的x坐标有一不确定度Δx，电子动量的x分量px也有一不确定度△px度.显然：Δx=d,△px=pAxA对于落在衍射第一极小处的电子（暂先只考虑落在中央明纹区内电子）。由图知：衍射第一级暗纹满足考虑到在两个一级极小值A之外还有电子出现所以有：上式表明：若减小坐标的不确定度x，则

3、相应的动量不确定度px必然增加，反之亦然。上面仅考虑了中央明纹区域，更严格的讨论由海森伯提出二、海森伯不确定性原理（不确定关系、测不准关系）△1.位置和动量的不确定关系1927年，海森伯提出了微观粒子不能同时具有确定的位置和动量，同一时刻，位置的不确定量与该方向（如x方向）动量不确定量的乘积大于或等于，即P224P224,17.13式称为位置和动量的不确定关系P224,倒第4行起说明：1）不确定关系表明:不可能同时精确地测定微观粒子的位置和动量（某一时刻，若x越小，则Px越大，反之亦然）。2）测不准关系是微观粒子的固有属性，与仪器精度和实验技术无关。P225,17.14

4、式P224,倒第1行起3)对三维情况：5）不确定关系不仅适用于电子,光子,中子,原子,分子等微观粒子,而且适用于宏观物体.4）对微观量的大小估算时,不确定关系练ZP39,8,或见后附9考点：不确定关系不仅适用于电子和光子,也适用于其它粒子。解:子弹的动量例一颗质量为10g的子弹，具有的速率.若其动量的不确定范围为动量的(这在宏观范围是十分精确的),则该子弹位置的不确定量范围为多大?动量的不确定范围位置的不确定量范围这一大小,用现有的仪器无法测量.故对宏观物体运动的描述可不受不确定关系的限制。讲考点4(05ZP42,11),15(L05,ZP39,7),16(05ZP43,8),7

5、,13(05ZP40,12雷同)讲考点4即ZP44，7参考解:解1解2解3解4讲考点7讲讲考点13即ZP50，3解作业ZP50，2,3ZP51，3练2.能量和时间的不确定关系（测不准关系）如果微观粒子处于某一状态的时间为t，其能量的不确定量为E，则两者的关系表示为称为能量和时间的不确定关系P225,17.15式指出：利用能量和时间的不确定关系可以解释原子光谱的谱线宽度。详见后附附B指出：利用能量和时间的不确定关系可以解释原子光谱的谱线宽度。当原子处于激发态时它是不稳定的，将自发地跃迁到基态或能量较低的状态。也就是说原子在每一激发态都具有一定的寿命用t表示。另外，对于每一激发

6、态，能量取值有一定的范围，称之为原子的能级宽度用E表示。据可知，能级宽度与能级的寿命成反比关系.即寿命越长，E越小，能级越确定；寿命越短，E越大，能级越宽；由于原子处于基态的寿命最长，所以基态能级的能量最确定，激发态能级的能量有一定的宽度的范围（宽度）。当处于激发态的原子向低能级跃迁时，所发出的谱线有一定的宽度，这一宽度称为谱线的自然宽度。当粒子具有确定的能量时，粒子在该状态停留的时间为无限长。原子处于激发态的平均寿命一般为激发态能量有一定的范围。原子的能级宽度与能级的寿命成反比.ΔE——能级宽度，——能级寿命附：海森伯(1901-1976),德国物理学家,为了解释微观粒

7、子通过云室具有确定的径迹的实验事实，而又不与玻恩的几率波解释相矛盾，提出微观粒子的“不确定性原理”.由于对建立量子力学有重要贡献，在1932年获诺贝尔物理学奖．海森伯结束