概率波不确定性关系课件.ppt
光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。光子的能量与动量之间的关系： 两式的物理量和p描述光的粒子性， 和描述光的波动性。,复习巩固 光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象,实物粒子也具有波动性一个能量为E、动量为 p 的实物粒子同时具有波动性，动量为 P 的粒子波长：,频率:,这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意波，也叫物质波。,实物粒子也具有波动性频率: 这种与实物粒子相联,波和粒子是两种不同的研究对象,具有非常不同的表现,那么,为什么对于光子、电子和质子等粒子又能集它们于一身呢？,问题,导入新课 波和粒子是两种不同的研究对象,具有非常不同的,45概率波、不确定关系,1.了解经典的粒子和经典的波的基本特征。2.知道光波和物质波都是概率波。3.了解“不确定性关系”的具体含义，并会用来分析简单问题。,1.了解经典的粒子和经典的波的基本特征。学习目标,自主学习,1、经典物理学中粒子运动的基本特征？2、经典物理学中波的基本特征？3、光子说对明暗条纹的解释？4、光的波动性是不是光子之间的相互作用引起的？为什么？5、光波是一种什么波？6、经典波动与德布罗意波(物质波)的区别？,自主学习1、经典物理学中粒子运动的基本特征？,一、经典的粒子和经典的波,1、经典物理学中粒子运动的基本特征：,任意时刻具有确定的位置和速度。,2、经典物理学中波的基本特征：,具有频率和波长也就是具有时空的周期性。,一、经典的粒子和经典的波1、经典物理学中粒子运动的基本特征：,二、概率波,1、光子说对明暗条纹的解释,明纹处到达的光子数多，暗纹处到达的光子数少。,2、光的波动性不是光子之间的相互作用 引起的，而是光子自身固有的性质。,二、概率波1、光子说对明暗条纹的解释明纹处到达的光子数多，2,玻恩1926年提出概率波。,玻恩(M. Born. 1882-1970)德国物理学家。,不能肯定某个光子落在哪一点，但大量光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，即光波是一种概率波。,玻恩1926年提出概率波。玻恩(M. Born. 1882-,3、电子干涉条纹对概率波的验证。,对于电子和其他微观粒子，单个粒子位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以用波动的规律确定。,3、电子干涉条纹对概率波的验证。对于电子和其他微观粒子，单个,三、经典波动与德布罗意波(物质波)的区别,经典的波动(如机械波、电磁波等)是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。 而德布罗意波(物质波)是一种概率波。简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。,三、经典波动与德布罗意波(物质波)的区别 经典,1、答：不对。光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质。 2、答：不能预测某光子打在光屏上的落点的准确位置，但是能预知它落在某一点的概率。大量光子在光屏上的落点服从统计规律。在双干涉图样中亮纹处就是光子落点概率大的位置，暗纹处就是光子落点概率小的位置。,教材习题解答 1、答：不对。光的波动性不是光子之间的相,3、答：一个无线电波光子的能量是6.6310-28J一个绿色光子能量是3.9818-19J一个光子的能量是6.6310-16J粒子的能量=hc/,动量p=/c, 波长=hc/，由此可知，低频电磁波的能量小，动量小，波长长，高频电磁波的能量大，动量大，波长短，由概率波的波粒二象性可知，低频电磁波的波动性显著而高频电磁波的粒子性显著。,3、答：一个无线电波光子的能量是6.63,17.5不确定性关系,17.5不确定性关系,1.定义：在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在量子力学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫_ 关系。2.关系式_。粒子位置的不确定量x越小，动量的不确定量P就越_，反之亦然。 关键一点 不确定关系表明，单个粒子的实际运动情况不能准确确定，但可以根据统计规律确定某粒子在某位置出现的概率的大小。,不确定性,大,不确定关系1.定义：在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以,一、不确定度关系,经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。,微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率）。,一束微观粒子以速度 v 沿 oy 轴射向狭缝。,粒子在中央主极大区域出现的几率最大。,一、不确定度关系 经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量,电子通过狭缝的瞬间，其位置在 x 方向上的不确定量为,电子的位置和动量分别用 和 来表示。,同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量的分量 Px变化越大。,分析计算可得:,电子通过狭缝的瞬间，其位置在 x 方向上的不确定量为y 电子,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?,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，原子核的数量级为10-15m，所以，子弹位置的不确,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?,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,原子大小的数量级为10-10m，电子则更小。在这种情况下，电,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,二、微观粒子和宏观物体的特性对比,宏观物体,三、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P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。,三、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,不确定关系式表明： 微观粒子的坐标测得愈准确( x0) ，动量就愈不准确(px) ； 微观粒子的动量测得愈准确(px0) ，坐标就愈不准确( x) 。 但这里要注意，不确定关系 不是说微观粒子的坐标测不准； 也不是说微观粒子的动量测不准； 更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准； 而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。,不确定关系式表明：,因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。由上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律,不是测量技术和主观能力的问题。 不确定关系提供了一个判据： 当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。 当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。,为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准?,因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。为什么微,1(多)以下说法中正确的是 (AD)A光波和物质波都是概率波B实物粒子不具有波动性C光的波动性是光子之间相互作用引起的D光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在 空间出现的概率可以通过波动规律确定,1(多)以下说法中正确的是 (AD),2为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成感光胶片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是 ( )A曝光时间很短的照片可清楚地看出光的粒子性，曝光时间很长的照片，大量亮点聚集起来看起来是连续的，说明大量光子不具有粒子性B单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子打在胶片上的位置表现出波动规律C单个光子通过双缝后做匀速直线运动D干涉条纹的亮条纹处光子到达的概率大，暗条纹处光子不能到达,B,2为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成感光胶,3(多)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子(CD)A一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处C可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大,CD,3(多)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个,4.(多)关于不确定性关系xph/4有以下几种理解，正确的是( )A微观粒子的动量不可确定B微观粒子的位置不可确定C微观粒子的动量和位置不可同时确定D不确定关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适于宏观物体,CD,4.(多)关于不确定性关系xph/4有以下几种理解，,
