2022-2023學(xué)年粵教版（2019）選擇性必修第三冊(cè) 4.5不確定性關(guān)系 課件（28張PPT）

第五節(jié)

不確定關(guān)系高二—粵教版—物理—選擇性必修第三冊(cè)第四章例如，一小球從空中靜止釋放，經(jīng)ts后我們可以精確地計(jì)算出小球到達(dá)的位置及速度（或動(dòng)量P=mv）。在經(jīng)典物理學(xué)中，可以同時(shí)用質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量精確地描述物體的運(yùn)動(dòng)，不但如此，如果知道了質(zhì)點(diǎn)的加速度，還可以預(yù)言質(zhì)點(diǎn)在以后任意時(shí)刻的位置和速度（或動(dòng)量P=mv），從而描述它的運(yùn)動(dòng)軌跡。在微觀世界中，

如果我們已知一物體的初始位置和初始速度，也可以同時(shí)準(zhǔn)確確定以后任意時(shí)刻的位置和速度（或動(dòng)量P=mv）嗎？激光束像屏當(dāng)光通過(guò)細(xì)縫后，若光子是經(jīng)典粒子，在屏上的落點(diǎn)應(yīng)在縫的投影之內(nèi),當(dāng)細(xì)縫不斷縮小后，光子在屏上的落點(diǎn)還在縫的投影之內(nèi)嗎？實(shí)驗(yàn)中我們看到細(xì)縫在縮小的過(guò)程中，光斑由一個(gè)點(diǎn)變成了明暗相間的條紋，且條紋寬度隨細(xì)縫間距的縮小而變得更寬。答案：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)并不遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律??！問(wèn)題：從光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們能得出什么結(jié)論？擋板細(xì)縫間距縮小后問(wèn)題：微觀世界中的光子究竟遵循什么規(guī)律呢？接著我們以光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行分析入射粒子xyOa細(xì)縫處位置不確定范圍取決于縫寬a=Δx。問(wèn)題：一個(gè)光子通過(guò)狹縫的瞬間，它是從擋板左側(cè)哪個(gè)準(zhǔn)確位置進(jìn)入細(xì)縫呢？也就是說(shuō)，光子通過(guò)狹縫的瞬間，其坐標(biāo)x為多少?答案：完全不確定。不確定范圍有多大?坐標(biāo)X位置不確定范圍是Δx，可用縫寬a來(lái)表示。（Δx）入射粒子xyOa（Δx）若減小縫寬，光子進(jìn)入細(xì)縫位置的不確定范圍（Δx）越小，即光子進(jìn)入細(xì)縫的位置就越精確。x入射粒子yOa若減小縫寬，光子進(jìn)入細(xì)縫位置的不確定范圍（Δx）越小，即光子進(jìn)入細(xì)縫的位置就越精確。x入射粒子yOaθ

Δp=

mΔv

大部分粒子通過(guò)狹縫后打在狹縫投影之外的位置，說(shuō)明在縫后x方向有動(dòng)量p。亮紋寬度越大，說(shuō)明在縫后x方向動(dòng)量越不確定，動(dòng)量不確定范圍Δp可以用亮紋寬度來(lái)表示。

p

x方向的動(dòng)量會(huì)隨縫寬變化而變化，也是不確定的。接著我們?cè)賮?lái)尋找坐標(biāo)X位置不確定范圍Δx與動(dòng)量不確定范圍

Δp的關(guān)系。入射粒子xyOa

Δpx（Δx）x入射粒子yOaθ結(jié)論1：微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)得越準(zhǔn)確(

x0)

，動(dòng)量就越不確定(p)

。若減小縫寬，位置的不確定量(

x

)減小，但中央亮紋變寬，所以x

方向動(dòng)量的不確定量(Δp

)變大。

Δpx（Δx）入射粒子xyOa

Δpx結(jié)論2：微觀粒子的動(dòng)量測(cè)得越準(zhǔn)確(p0)

，坐標(biāo)就越不確定(x)。（Δx）若增加縫寬，位置的不確定量(

x

)增加，但中央亮紋變窄，即在x

方向動(dòng)量的不確定量(Δp

)變小,當(dāng)

x增加到一定量時(shí)，衍射條紋消失，在

x

方向沒(méi)有光子偏移，即

p0

。入射粒子xyOaθ結(jié)論：

微觀粒子的位置測(cè)得越準(zhǔn)確，動(dòng)量就越不準(zhǔn)確。動(dòng)量測(cè)得越準(zhǔn)確，位置就越不準(zhǔn)確。x入射粒子yOaθ結(jié)論：

微觀粒子的位置測(cè)得越準(zhǔn)確，動(dòng)量就越不準(zhǔn)確。動(dòng)量測(cè)得越準(zhǔn)確，位置就越不準(zhǔn)確。海森伯不確定關(guān)系1927年海森伯提出：不確定性關(guān)系ΔX表示粒子位置的不確定量ΔP表示粒子在X方向上的動(dòng)量的不確定量h是普朗克常量海森伯德國(guó)著名的現(xiàn)代物理學(xué)家，量子力學(xué)的主要?jiǎng)?chuàng)始人。1924年進(jìn)入哥廷根大學(xué)深造，先后拜師于玻爾和玻恩門下。1932年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。他的《量子論的物理學(xué)基礎(chǔ)》是量子力學(xué)領(lǐng)域的一部經(jīng)典著作。海森伯例題：設(shè)子彈的質(zhì)量為0.01kg，槍口直徑為0.5cm，試求子彈射出槍口時(shí)橫向速度的不確定量。答案：1.06×10－30m/s1.物理意義：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。

不確定關(guān)系式表明：微觀粒子不可能同時(shí)具有確定的位置和動(dòng)量。

微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)得越準(zhǔn)確(x0)

，動(dòng)量就越不準(zhǔn)確(p)

；微觀粒子的動(dòng)量測(cè)得越準(zhǔn)確(p0)

，坐標(biāo)就越不準(zhǔn)確(x)

。

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)系的物理意義和微觀本質(zhì)1．粒子位置的不確定性單縫衍射現(xiàn)象中，入射的粒子有確定的動(dòng)量，但它們可以處于擋板左側(cè)的任何位置，也就是說(shuō)，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的。歸納提升對(duì)不確定性關(guān)系的理解:2．粒子動(dòng)量的不確定性

歸納提升微觀粒子具有波動(dòng)性，會(huì)發(fā)生衍射。大部分粒子到達(dá)狹縫之前沿水平方向運(yùn)動(dòng)，而在經(jīng)過(guò)狹縫之后，有些粒子跑到投影位置以外。這些粒子具有與其原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向垂直的動(dòng)量。由于哪個(gè)粒子到達(dá)屏上的哪個(gè)位置是完全隨機(jī)的，所以粒子在垂直方向上的動(dòng)量也具有不確定性，不確定量的大小可以由中央亮條紋的寬度來(lái)衡量。由

可以知道,在微觀領(lǐng)域,要準(zhǔn)確地確定粒子的位置,動(dòng)量的不確定性就更大;反之要準(zhǔn)確地確定粒子的動(dòng)量,那么位置的不確定性就更大。3.位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系:由不確定性關(guān)系可知微觀粒子的位置和動(dòng)量是不能同時(shí)被確定的，這也就決定了不能用“軌跡”的觀點(diǎn)來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)4.微觀粒子的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有特定的軌道宏觀物體微觀粒子具有確定的坐標(biāo)和動(dòng)量，可用牛頓力學(xué)描述沒(méi)有確定的坐標(biāo)和動(dòng)量，需用量子力學(xué)描述有連續(xù)可測(cè)的運(yùn)動(dòng)軌道，可追蹤各個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡有概率分布特性，不可能分辨出各個(gè)粒子的軌跡體系能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值能量量子化不確定度關(guān)系無(wú)實(shí)際意義遵循不確定度關(guān)系坐標(biāo)動(dòng)量軌跡能量不確定性關(guān)系5．經(jīng)典物理和微觀物理的區(qū)別歸納提升半導(dǎo)體材料掃描隧道顯微鏡

太陽(yáng)能電池板總結(jié)2.海森伯不確定關(guān)系不確定關(guān)系的物理意義和微觀本質(zhì)。1.海森伯提出：不確定性關(guān)系3.了解量子力學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用。

不確定關(guān)系式表明：微觀粒子不可能同時(shí)具有確定的位置