概率波不确定性关系课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,复习巩固,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,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,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。,学习目标,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,教材习题解答,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,-28,J,一个绿色光子能量是,3.9818,-19,J,一个,光子的能量是,6.6310,-16,J,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。,教材习题解答,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,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。,y,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,y,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,-15,m,，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,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,-10,m,，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,(,x,0),，动量就愈不准确,(,p,x,),；,微观粒子的动量测得愈准确,(,p,x,0),，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,(,A,D,),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,(,C,D,),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，,