人教版高中物理选修35课件175不确定性关系.pptx

1、在此输入您的封面副标题第十七章波粒二象性第五节不确定性关系人人教教版版选选修修3-5根根据据经经典典物物理理学学,如如果果我我们们已已知知一一物物体体的的初初始始位位置置和和初初始始速速度度,就就可可以以准准确确地地确确定定以以后后任任意意时时刻刻的的位位置置和和速速度度.但但是是在在微微观观世世界界中中,由由于于微微观观粒粒子子具具有有波波动动性性,其其坐坐标标和和动动量量不不能能同同时时确确定定。我我们们不不能能用用经经典典的的方方法法来来描描述述它它的的粒粒子子性性德德国国著著名名的的现现代代物物理理学学家家。1924年年进进入入哥哥廷廷根根大大学学深深造造，先先后后拜拜师师于于玻玻尔尔

2、和和波波恩恩门门下下。海海森森伯伯一一、光光的的单单缝缝衍衍射射激激光光束束像像屏屏若若光光子子是是经经典典粒粒子子，在在屏屏上上的的落落点点应应在在缝缝的的投投影影之之内内由由于于衍衍射射，落落点点会会超超出出单单缝缝投投影影的的范范围围，其其它它粒粒子子也也一一样样，说说明明微微观观粒粒子子的的运运动动已已经经不不遵遵守守牛牛顿顿运运动动定定律律，不不能能同同时时用用粒粒子子的的位位置置和和动动量量来来描描述述粒粒子子的的运运动动了了oxya入入射射粒粒子子屏屏上上各各点点的的亮亮度度实实际际上上反反映映了了粒粒子子到到达达该该点点的的概概率率（1）在在挡挡板板左左侧侧位位置置完完全全不不

3、确确定定（2）在在缝缝处处位位置置不不确确定定范范围围是是缝缝宽宽a=x（3）在在缝缝后后方方向向有有动动量量，也也是是不不确确定定的的,px若若减减小小缝缝宽宽：位位置置的的不不确确定定范范围围减减小小，但但中中央央亮亮纹纹变变宽宽，所所以以方方向向动动量量的的不不确确定定量量变变大大1927年年海海森森伯伯提提出出：粒粒子子在在某某方方向向上上的的坐坐标标不不确确定定量量与与该该方方向向上上的的动动量量不不确确定定量量的的乘乘积积必必不不小小于于普普朗朗克克常常数数。4hxp 二二、海海森森伯伯不不确确定定关关系系海海森森伯伯不不确确定定关关系系告告诉诉我我们们：微微观观粒粒子子坐坐标标和

4、和动动量量不不能能同同时时确确定定。粒粒子子位位置置若若是是测测得得极极为为准准确确，我我们们将将无无法法知知道道它它将将要要朝朝什什么么方方向向运运动动；若若是是动动量量测测得得极极为为准准确确，我我们们就就不不可可能能确确切切地地测测准准此此时时此此刻刻粒粒子子究究竟竟处处于于什什么么位位置置。不不确确定定关关系系是是物物质质的的波波粒粒二二象象性性引引起起的的。对对于于微微观观粒粒子子，我我们们不不能能用用经经典典的的来来描描述述。海海森森伯伯不不确确定定关关系系对对于于宏宏观观物物体体没没有有施施加加有有效效的的限限制制。在在量量子子力力学学中中，对对能能量量和和时时间间的的同同时时测

5、测量量也也存存在在类类似似的的不不确确定定关关系系，即即：tE E E表表示示粒粒子子能能量量的的不不确确定定量量，而而 t t可可表表示示粒粒子子处处于于该该能能态态的的平平均均时时间间。三三、能能量量和和时时间间的的不不确确定定关关系系对对不不确确定定关关系系(即即测测不不准准关关系系)x pxh的的几几点点说说明明：(1)此此关关系系完完全全来来自自物物质质的的二二象象性性，由由物物质质的的本本性性所所决决定定，与与实实验验技技术术或或仪仪器器的的精精度度无无关关。(2)不不确确定定原原理理对对任任何何物物体体都都成成立立。对对于于宏宏观观尺尺度度的的物物体体，其其质质量量m通通常常不不

6、随随速速度度v变变化化(因因为为一一般般情情况况下下vh，因因此此 x和和 vx可可以以同同时时达达到到相相当当小小的的地地步步，远远远远超超出出最最精精良良仪仪器器的的精精度度，不不确确定定范范围围小小的的完完全全可可以以忽忽略略。可可见见，不不确确定定现现象象仅仅在在微微观观世世界界方方可可观观测测到到。(3)粒粒子子的的动动量量和和坐坐标标不不可可能能同同时时确确定定。不不确确定定关关系系不不仅仅适适用用于于电电子子和和光光子子，也也适适用用于于其其它它粒粒子子。不不确确定定关关系系是是建建立立在在波波粒粒二二象象性性基基础础上上的的一一条条基基本本客客观观规规律律，它它是是波波粒粒二二

7、象象性性的的深深刻刻反反应应，也也是是对对波波粒粒二二象象性性的的进进一一步步描描述述。不不确确定定关关系系是是由由物物质质本本身身固固有有的的特特性性所所决决定定的的，而而不不是是由由于于仪仪器器或或测测量量方方法法的的缺缺陷陷所所造造成成的的。不不论论测测量量仪仪器器的的精精度度有有多多高高，我我们们认认识识一一个个物物理理体体系系的的精精确确度度也也要要受受到到限限制制。不不确确定定关关系系说说明明经经典典描描述述手手段段对对微微观观粒粒子子不不再再适适用用。不不确确定定关关系系指指明明了了宏宏观观物物理理与与微微观观物物理理的的分分界界线线。在在某某个个具具体体问问题题中中，粒粒子子是

8、是否否可可作作为为经经典典粒粒子子来来处处理理，起起关关健健作作用用的的是是普普朗朗克克恒恒量量h h的的大大小小。四四、物物理理模模型型与与物物理理现现象象1 1、若若电电子子与与质质量量m=0.01Kg的的子子弹弹，都都以以200m/s的的速速度度沿沿x方方向向运运动动，速速率率测测量量相相对对误误差差在在0.01%内内。求求在在测测量量二二者者速速率率的的同同时时测测量量位位置置所所能能达达到到的的最最小小不不确确定定度度x。解解：（1）电电子子位位置置的的不不确确定定度度电电子子动动量量不不确确定定度度01.0PPx%01.0vme%01.02001011.931132smkg108.

9、1xPxm1089.53xpx课课堂堂练练习习（2）子子弹弹位位置置的的不不确确定定度度01.0PPx%01.0mv%01.020001.0子子弹弹动动量量不不确确定定度度14smkg100.2xPxm1025.531m1030 x子子弹弹很很小小，仪仪器器测测不不出出，用用经经典典坐坐标标、动动量量完完全全能能精精确确描描写写。对对微微观观粒粒子子不不能能用用经经典典力力学学来来描描写写。我我们们知知道道，原原子子核核的的数数量量级级为为10-15m，所所以以，子子弹弹位位置置的的不不确确定定范范围围是是微微不不足足道道的的。可可见见子子弹弹的的动动量量和和位位置置都都能能精精确确地地确确定

10、定，不不确确定定关关系系对对宏宏观观物物体体来来说说没没有有实实际际意意义义。11smkg0.2smkg20001.0 mvp1414smkg100.2smkg2100.1%01.0pp2 2、一一颗颗质质量量为为1 10 0g g的的子子弹弹，具具有有2 20 00 0m ms s-1 1的的速速率率，若若其其动动量量的的不不确确定定范范围围为为动动量量的的0 0.0 01 1%(这这在在宏宏观观范范围围是是十十分分精精确确的的了了)，则则该该子子弹弹位位置置的的不不确确定定量量范范围围为为多多大大?解解:子弹的动量动动量量的的不不确确定定范范围围由不确定关系式(17-17)，得子弹位置的不

11、确定范围mmphx31434106.2100.214.341063.64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。128131smkg108.1smkg200101.9 mvp1321284smkg0.18.1 smkg0.18.1100.1%01.0pp3 3、一一电电子子具具有有2 20 00 0m m/s s的的速速率率，动动量量的的不不确确定定范范围围为为动动量量的的0 0.0 01 1%(这这已已经经足足够够精精确确了了)，则则该该电电子子的的位位置置不不确确定定范范围围有有多多大大?解:电子的动量为动动量量的的不不确确定定范范围围由不确定关系式，得电子位置的不确定范围mmphx33234109.2108.114.341063.64