1、第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性第五节第五节 不确定性关不确定性关系系 在经典力学中，粒子（质点）的运动状态在经典力学中，粒子（质点）的运动状态用用位置坐标和动量位置坐标和动量来描述，而且这两个量都可来描述，而且这两个量都可以同时准确地予以测定。以同时准确地予以测定。如我们已知一物体的如我们已知一物体的初始位置和初始速度初始位置和初始速度,就可以准确地确定以后任就可以准确地确定以后任意时刻的位置和速度。意时刻的位置和速度。然而，对于具有二象性的微观粒子来说，然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢？是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢？单缝单缝屏屏
2、激激光光单缝单缝屏屏激激光光一、光的单缝衍射一、光的单缝衍射由于衍射由于衍射,落点会超出单缝落点会超出单缝投影的范围，投影的范围，在屏上的落点应在缝的在屏上的落点应在缝的投影之投影之内内。oxya入射粒子入射粒子屏上各点的亮度实际上反映屏上各点的亮度实际上反映了粒子到达该点的概率了粒子到达该点的概率1、在挡板左侧位置完全不确定、在挡板左侧位置完全不确定2、在缝处位置不确定范围是、在缝处位置不确定范围是缝宽缝宽a=x3、在缝后方向有动量，、在缝后方向有动量，也是不确定的也是不确定的,px若减小缝宽：位置的不确定范围减小，但中央亮若减小缝宽：位置的不确定范围减小，但中央亮纹变宽，所以方向动量的不确
3、定量变大纹变宽，所以方向动量的不确定量变大二、不确定关系二、不确定关系 1927年海森伯提出：年海森伯提出：粒子在某方向上的坐标不粒子在某方向上的坐标不确定量与该方向上的动量不确定量的乘积必不小于确定量与该方向上的动量不确定量的乘积必不小于普朗克常数。普朗克常数。4hxp 德国著名的现代物理学德国著名的现代物理学家。家。1924年进入哥廷根年进入哥廷根大学深造，先后拜师于大学深造，先后拜师于玻尔和波恩门下。玻尔和波恩门下。不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。海森堡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。
4、粒子位置的不确定量越小，动量的不确定量就越大，反之亦然。（2）微观本质：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。海森伯不确定关系对于宏观物体没有施加有效的限制。人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)宏观物体宏观物体 微观粒子微观粒子具有确定的坐标和动量具有确定的坐标和动量 没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。可用牛顿力学描述。需用量子力学描述。需用量子力学描述。有连续可测的运动轨道，可有连续可测的运动轨道，可 有概率分布特性，不可能分辨有概
5、率分布特性，不可能分辨 追踪各个物体的运动轨迹。追踪各个物体的运动轨迹。出各个粒子的轨迹。出各个粒子的轨迹。体系能量可以为任意的、连体系能量可以为任意的、连 能量量子化能量量子化。续变化的数值。续变化的数值。不确定度关系无实际意义不确定度关系无实际意义 遵循不确定度关系遵循不确定度关系微观粒子和宏观物体的特性对比微观粒子和宏观物体的特性对比人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)不确定关系是建立在波粒二象性基础上的一条基不确定关系是建立在波粒二象性基础上的一条基本客观规律，它是波粒二
6、象性的深刻反应，也是对本客观规律，它是波粒二象性的深刻反应，也是对波粒二象性的进一步描述。波粒二象性的进一步描述。不确定关系是由物质本身固有的特性所决定的，不确定关系是由物质本身固有的特性所决定的，而不是由于仪器或测量方法的缺陷所造成的。不论而不是由于仪器或测量方法的缺陷所造成的。不论测量仪器的精度有多高，我们认识一个物理体系的测量仪器的精度有多高，我们认识一个物理体系的精确度也要受到限制。精确度也要受到限制。不确定关系的物理意义不确定关系的物理意义 不确定关系说明经典描述手段对微观粒子不再适用。不确定关系说明经典描述手段对微观粒子不再适用。不确定关系指明了宏观物理与微观物理的分界线。不确定关
7、系指明了宏观物理与微观物理的分界线。在某个具体问题中，粒子是否可作为经典粒子来处在某个具体问题中，粒子是否可作为经典粒子来处理，起关健作用的是普朗克恒量理，起关健作用的是普朗克恒量h h的大小。的大小。人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)例1一颗质量为10g 的子弹，具有200ms-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?skgmskgmmvp/0.2/20001.0 动量的不确定范围skgmskgmpp/
8、100.2/2100.1%01.044 解：子弹的动量人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)由不确定关系式C，得子弹位置的不确定范围mmphx31434106.2100.214.341063.64 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。人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张
9、PPT)例2一电子具有200 m/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)，则该电子的位置不确定范围有多大?skgmskgmpp/108.1/108.1100.1%01.032284动量的不确定范围skgmskgmmvp/108.1/200101.92831解:电子的动量为由不确定关系式，得电子位置的不确定范围 mmphx33234109.2108.114.341063.64 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。【典例】【典例】.(.(多选多选)关于光
10、的波粒二象性的理解正确的是关于光的波粒二象性的理解正确的是()A A大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性行为往往表现出粒子性B B光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C C高频光是粒子，低频光是波高频光是粒子，低频光是波D D波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著显著AD阅读课本P44 了解模型与现象的关系。模型在一定范围内可正确代表研究对象。作业布置 课本“问题与练习”人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)人教版高中物理选修3-5第十七章课件：17.5 不确定关系(共15张PPT)
