不确定关系课件.ppt

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1、Highschoolphysicslecturenotes高中物理讲义3-5第二章第五课不确定关系Uncertaintyrelation1.经典的粒子经典的波（经典物理学关于粒子和波的概念）经典的粒子：具有空间大小、质量、电量等，遵从牛顿第二定律，任意时刻有确定的位置和速度，以及确定的运动轨迹。经典的波：某种物理量呈时空周期性的分布（确定的点处具时间周期性，确定的方向上具有空间周期性），特征是具有频率和波长。显然，在经典的传统观念中，一个客体要么是粒子，要么是波，非此即彼！为什么光子、电子和质子等微观粒子又能集这两种互不相容的属性于一身呢？一、什么是粒子什

2、么是波2.微观粒子波动性的解释一、什么是粒子什么是波双缝屏S1S2激光光的双缝干涉光强明条纹处光强大，即到达此处的光子数多暗条纹处光强小，即到达此处的光子数少大量的光子一次性地通过2.微观粒子波动性的解释一、什么是粒子什么是波双缝屏S1S2激光光的双缝干涉光强明条纹处光强大，即到达此处的光子数多暗条纹处光强小，即到达此处的光子数少让光子一一个一个地通过结果与大量光子一次性通过相同光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是单个的光子就具有的性质2.微观粒子波动性的解释一、什么是粒子什么是波电子的双缝干涉双缝屏S1S2电子束将光改为电子做干涉实验明条纹处即到

3、达此处的电子数多暗条纹处即到达此处的电子数少现在我们的问题是：光子和电子所表现的波动性是什么波呢？上述实验事实表明：个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。即粒子在空间各点出现的概率是不同的，明条纹处出现的概率大，暗条纹处出现的概率小，亦即粒子在空间出现的概率表现为一种波动规律。一、什么是粒子什么是波德国物理学玻恩(Born,1882--1972)提出了概率波这种“波”为“几率波”（或“概率波”）。这就是微观粒子波动性的统计解释。或说，微观粒子的行为在宏观上所表现的波动性是一种概率波。微观粒子的行为服

4、从统计规律。2.微观粒子波动性的解释光波、物质波都是概率波再来考察单缝衍射问题单缝屏激光单缝屏激光二、不确定度关系（uncertaintyrelatoin）如果光子是经典粒子，遵从牛顿定律，有确定的运动轨迹，可以同时用位置、动量描述，也就是可以同时测准其位置和动量。事实光子不是经典粒子，遵从（概率波）统计规律，没有确定的运动轨迹，不能同时用位置、动量描述。有运动轨道直线打在缝后的屏上如果我们仍用坐标x和动量Px来描述电子的运动状态，那么，我们不禁要问：一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电子通过狭缝的瞬间，其坐标x为多少?二、不确定

5、度关系（uncertaintyrelatoin）y显然我们无法回答其准确的x坐标，但可以肯定，电子通过狭缝的瞬间，其位置在x方向上的不确定量为电子通过狭缝后，由于波动，其x方向动量发生变化，大多数还是留在中央亮纹内据衍射规律，缝越窄，衍射越宽缝越宽，越表现为直线传播，中央亮纹越窄。这个关系叫做不确定度关系由德国物理学家,量子力学矩阵形式的创建人,1932年获诺贝尔物理学奖获得者海森堡所提出。(1901~1976)二、不确定度关系（uncertaintyrelatoin）我们知道，原子核的数量级为10-15m，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹

6、的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。例1.一颗质量为10g的子弹，具有200m·s-1的速率，若其动量的不确定范围为动量的0.01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大?解:子弹的动量动量的不确定范围由不确定关系式(17-17)，得子弹位置的不确定范围我们知道原子大小的数量级为10-10m，电子则更小。在这种情况下，电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。例2.一电子具有200m/s的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了

7、)，则该电子的位置不确定范围有多大?解:电子的动量为动量的不确定范围由不确定关系式，得电子位置的不确定范围宏观物体微观粒子具有确定的坐标和动量没有确定的坐标和动量可用牛顿力学描述。需用量子力学描述。有连续可测的运动轨道，可有概率分布特性，不可能分辨追踪各个物体的运动轨迹。出各个粒子的轨迹。体系能量可以为任意的、连能量量子化。续变化的数值。不确定度关系无实际意义遵循不确定度关系微观粒子和宏观物体的特性对比不确定关系的物理意义和微观本质1.物理意义：微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量x越小，动量的不确定量Px就越大，反之亦然。2.微

8、观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果