教科版高中物理选修(3-5)4.5《不确定关系》ppt教学课件
教科版高中物理选修3-5第一章第2节动量 动量定理 冲量(32张ppt)
沙场练兵
一个质量为0.18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞 向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度的大小为 45m/s。若球棒与垒球的作用时间为0.01s，球棒对垒球 的平均作用力有多大？
解：取垒球飞来的方向为正方向，设垒球的初、末动量分别 为P、P′则： P mv 0.18 25 kg m / s 4.5 kg m / s
牛顿第二定律 的另一种形式
物体动量的变化率等于它所受合外力.
动量的变化的原因是什么呢？
动量的变化与速度的变化有关
而速度的变化是因为有加速度 而牛顿第二定律告诉我们，
加速度是由物体所受的合外力产生的。
结论：动量的变化与合外力有关
解决单个物体的动量变化可以从牛顿运动定律入手
动量的变化率:
动量的变化跟发生这一变化所用的时间的比值。
思考与讨论
冲量
冲量与功有什么区别？
矢 量 标 量
I=Ft W= FS
N· S
力的时间积累 使动量发生变化
功
力的空间积累 N· m（J） 使动能发生变化
思考： 用水平力F推一静止在水平地面上 质量为m的物体，经过时间t，物体向前运 动了一段位移s。请问这段时间内，力F的 冲量和所做的功分别为多大？重力的冲量 和所做的功分别为多大？
思路点拨：用牛顿第二定律和运动学公式推导
理论探究
解： 由牛顿第二定律可知
F ma
v v 又加速度为 a t v v mv mv p p F m 得 t t t
由于
故
p p p
p F t
思考讨论
p 公式 F 的物理意义 t
物体动量的变化率等于物体所受合外力
摩托车头盔里的衬垫
教科版高中物理选修(3-5)第二章 第1节《电子》ppt课件
解析：离子经过了电场加速和磁场偏转 两个过程，从离子运动轨迹可知，离子 带正电，设它进入磁场时的速度为 v， 1 2 在电场中加速有 qU＝ mv ，在磁场中 2 mv2 a 偏转有 qBv＝ r ，而 r＝ ，联立以上 2 q 8U 三式解得 ＝ 2 2. m Ba 8U 答案： 2 2 Ba
1．密立根采用油滴实验测出了电子的电荷量为：
思考感悟
阴极射线通过电场或磁场发生偏转说明了什么
问题？如何探测其比荷？
提示：阴极射线通过电场或磁场发生了偏转， 说明它受到了电场或磁场的作用，而电场或磁 场只对带电粒子产生作用，说明阴极射线是带 电的粒子，由其偏转情况还可确定其带电性
质．
如果知道电场或磁场的具体情况，测量出阴极
(2)说明图中磁场沿什么方向；
(3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷．
【自主解答】
(1) 由于阴极射线向上偏转，因
此受电场力方向向上，又由于匀强电场方向向 下，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴 极射线带负电． (2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹 力，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里．
B．阴极射线带正电
C．阴极射线的比荷比氢原子核的比荷大
D．阴极射线的比荷比氢原子核的比荷小
解析：选AC.通过让阴极射线在电场、磁场中的
偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比
氢原子核的比荷大得多，故A、C正确．
测量带电粒子的比荷
例2
在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中， 采用了如图2－1－2所示的阴极射线管，从C出 来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平 射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F
【精讲精析】 解答此题应注意几点：
(1) 阴极射线的粒子带负电，由左手定则判断管
5.不确定关系-教科版选修3-5教案
5. 不确定关系-教科版选修3-5教案教学目标1.了解不确定关系的基本概念与表达方式。
2.掌握不确定关系的表示方法。
3.能够在实际应用中运用不确定关系。
教学重点1.不确定关系的定义与表示方法。
2.不确定关系的实际应用。
教学难点1.理解不确定关系的实际应用。
2.运用不确定关系解决问题。
教学内容不确定关系的基本概念与表达方式不确定关系是指在一个事物与另一个事物之间，存在一种不确定的联系或关系。
例如，“可能是”、“或许是”、“有可能”、“也许是”、“可能存在”、“有时”等等，这些都是表达不确定关系的常用词语。
不确定关系的表达方式包括：不确定概率、不确定数量、不确定比例、不确定时间等等。
不确定关系的表示方法•文字•图表•逻辑符号不确定关系的实际应用在实际应用中，常用的不确定关系包括：1.概率与统计学中的不确定性问题。
2.金融与经济领域中的风险问题。
3.机器学习中的不确定性问题。
4.自然科学中的测量误差问题。
教学方法1.讲授法2.课堂互动式探究法教学步骤第一步：引入引导学生通过教师提供的相关图片、问题或文字，探讨不确定关系的概念、表达方式和实际应用。
第二步：讲授讲授不确定关系的基本概念与表达方式，包括文字、图表和逻辑符号的表示方法，并结合相关实例讲解不确定关系的应用。
第三步：探究通过课堂探究与小组讨论的方式，引导学生在实际问题中发现不确定关系的应用，并提高学生独立思考与解决问题的能力。
第四步：归纳总结归纳总结学生们对不确定关系的认识，并对不确定关系进行总结。
学时安排本教案学时安排：2学时。
教学评价1.学生能够准确理解不确定关系的概念和表达方式。
2.学生能够将不确定关系应用到实际问题中。
3.学生有一定的独立思考和解决问题的能力。
参考资料1.杨欣《不确定关系》。
人民邮电出版社，2002年。
2.陈红丽，《不确定关系与模糊数学教学探究》。
华东师范大学，2016年。
3.《高中数学选修3》（人教版）。
教科版高中物理选修3-5课件 2 光谱 氢原子光谱课件1
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名师解疑
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特别提醒：(1)每种原子都有其特定的原子谱线，该谱线与原子所 处状态无关．(2)由于每种原子的线状谱与吸收谱一一对应，光谱 分析中既可以用线状谱，也可用吸收谱．
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二、氢原子光谱的实验规律 氢原子的光谱 从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图2-3-1所示．
3 光谱 氢原子光谱
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分类例析
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分类例析
1．了解光谱的定义和分类； 2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系； 3．了解经典原子理论的困难．
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一、光谱
项目
内容
用 光栅 或 棱镜 可以把光按 波长 展开，获得光 定义
的 波长(频率)成分 和强度分布的记录，即光谱
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【 典 例 1】 关 于 光 谱 和 光 谱 分 析 ， 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )． A．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状光谱 B．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是线状 光谱 C．进行光谱分析时，可以利用线状光谱，也能用连续光谱 D．我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮的化学组成
线状谱 光谱是一条条 亮线
分类
光谱不是 一条条分立的谱线，而是连在一起的
连续谱
光带
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线状 各种原子的发射光谱都是 线状谱 ，不同原子的亮线位 谱与 置 不同 ，说明原子只发出几种特定频率的光，不同原 原子 子的发光频率 不同，光谱中的亮线称为原子的 特征谱线.
由于每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物
教科版高中物理选修3-4全套PPT课件
表示比例系数，x表示振子距平衡位置的位移。
(2)特点：加速度大小随位移呈线性变化，方向只在平 衡位置发生改变。
典题强化
1．下列说法正确的是（ ）
A．弹簧振子的运动是简谐运动 B．简谐运动是机械运动中最简单、最基本的一种 C．做简谐运动的物体每次经过同一位置时，其速度、位移 都相同
D．做简谐运动的物体在平衡位置两侧对称的位置上，其速 度、位移都反向
三、 振幅、周期和频率
1．振幅（A）
（1）定义：振动物体离开平衡位置的
。
（2）物理意义：表示
，是
。
2．全振动
简谐运动的物体完成一个完整的振动过程。
3．周期（T）和频率（f）
重点诠释
1．振幅与振动中几个常见量的关系 （1）振幅与位移的关系：
(2)位移的表示方法：以平衡位置为坐标原点，以振动 所在的直线为坐标轴，规定正方向，则某时刻振子偏离平衡 位置的位移可用该时刻振子所在位置的坐标来表示。
3．简谐运动的回复力
(1)由F＝－kx知，简谐运动的回复力大小与振子的位移 大小成正比，回复力的方向与位移的方向相反，即回复力的 方向总是指向平衡位置。
四、 简谐运动的能量
1．弹簧振子振动过程中的能量转化
如图所示，弹簧振子以O为平衡位置，在BC间振
动，则在从B到O过程中，动能 ，弹性势
能 ，当运动到O时，动能
，弹性势
能
。
2．简谐运动的能量
简谐运动的能量是指振动系统的
，振动
的过程就是 和
相互转化的过程，在简谐
运动中，振动系统的机械能 。
重点诠释
（1）如图所示，一弹簧振子在B 、 C之间振动，O点为 平衡位置。
教科版高中物理选修3-5：《粒子物理学简介(选学)》课件-新版
根据以前所有的理论，这个峰是不应该存在的．这说明我们发现 了一种全新的夸克．这种新粒子有很特别的性质：第一，它们质 量比其他所有已知的粒子都重；第二，它的寿命比其他所有已知 粒子的寿命长1 000倍．这意味着什么呢？大家知道，如果所有人 在世界上活到100岁左右，但你突然发现一个村子里的人能活到10 000岁，这就表示这些人可能有特别的性质．当然，有了这第四种 夸克，你就可以问有没有第五种、第六种——至今为止，已发现了 六种．
丁肇中：寻找宇宙中的基本粒子 如何寻找宇宙中最基本的粒子呢？我用四个故事向大家介绍 一下，这些故事是我在过去的年里所亲自经历的．
第一个故事是测量电子的半径．现代电磁学的理论认为电子 的半径为零.1964年，美国的麻省理工学院和哈佛大学建造了一个 当时最大的加速器，这个加速器周长为1 000英尺(1英尺为0.304 8 m)．当时来自哈佛大学和康乃尔大学的世界上很有名的专家，在 这个加速器里做一个很重要的实验，实验结果同时证明量子电动 力学是错误的，电子是有半径的．这是一个非常重要的实验.1966 年，我在德国用不同的方法重新做了这个实验，结果发现电子的 半径确实小到不可测量，电子是没有半径的．实验的结果和理论 的预期的比值等于1，即是说电子的半径等于零，也就是说以前许 多专家所做的实验结果是错误的．
B．质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸 夸克组成
C．质子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成，中子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成 D．质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成 解析 题目中给出的信息是 u 夸克与 d 夸克的带电荷量，据质子11 H 带一个元电荷的电荷量及中子10n 不带电，分析可知 B 项正确． 答案 B
高中物理 第四章 波粒二象性 4、5 实物粒子的波粒二象性 不确定关系教案 教科版选修3-5-教科版
4 实物粒子的波粒二象性5 不确定关系一、德布罗意物质波 1．粒子的波动性(1)德布罗意波：任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波．(2)德布罗意波波长、频率的计算公式为λ＝h p ，ν＝E h.(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太小的缘故．2．电子波动性的实验验证(1)实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象．(2)实验验证：1926年戴维孙观察到了电子衍射图样，1927年汤姆孙得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性．(3)说明①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝E h 和λ＝h p关系同样正确．②德布罗意波也是一种概率波．德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，可是我们观察运动着的汽车(如图所示)，并未感到它的波动性．你如何理解该问题？请与同学交流自己的看法．提示：一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大、动量大、波长短，难以观测．二、氢原子中的电子云1．定义用点的多少表示的电子出现的概率分布．2．电子的分布某一空间X围内电子出现概率大的地方点多，电子出现概率小的地方点少．电子云反映了原子核外的电子位置的不确定性，说明电子对应的波也是一种概率波．三、不确定关系1．定义在经典物理学中，可以同时用质点的位置和动量精确描述它的运动，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的．2．微观粒子运动的位置不确定量Δx和动量的不确定量Δp x的关系式Δx·Δp x≥h4π，其中h是普朗克常量，这个关系式叫不确定关系．3．不确定关系告诉我们，如果要更准确地确定粒子的位置(即Δx更小)，那么动量的测量一定会更不准确(即Δp x更大)，也就是说，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，也不可能用“轨迹”来描述粒子的运动．单个粒子的运动情况可否预知？粒子出现的位置是否无规律可循？提示：由不确定性关系可知，我们不能准确预知单个粒子的实际运动情况，但粒子出现的位置也并不是无规律可循，我们可以根据统计规律知道粒子在某点出现的概率．考点一对德布罗意波的理解1．物质的分类：物理学中把物质分为两类，一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质；另一类是场，像电场、磁场、电磁场这种看不见的，不是由实物粒子组成的，而是一种客观存在的特殊物质．2．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故．3．德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．4．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．5．对于光，先有波动性(即ν和λ)，再在量子理论中引入光子的能量ε和动量p来补充它的粒子性．反之，对于实物粒子，则先有粒子概念(即ε和p)，再引入德布罗意波(即ν和λ)的概念来补充它的波动性．不过要注意这里所谓波动性和粒子性，仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的．综上所述，德布罗意的推想基本上是爱因斯坦1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广，使之包括了所有的物质微观粒子．【例1】某某综合新闻网2010年8月21日报道：近日，一种发源于南亚没有抗生素可以抵御的“超级细菌”成为社会关注的热点．假若一个细菌在培养器皿中的移动速度为3.5μm/s，其德布罗意波长为1.9×10－19m ，试求该细菌的质量．【解析】 由公式λ＝h p得该细菌的质量为m ＝p v ＝h vλ＝ 6.626×10－343.5×10－6×1.9×10－19kg ＝1.0×10－9kg. 【答案】 1.0×10－9kg德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝h p，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm ，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的1104.求： (1)电子的动量大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小(电子质量m ＝9.1×10－31kg ，电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，普朗克常量h ＝6.6×10－34J·s，加速电压的计算结果取1位有效数字)．答案：(1)1.5×10－23kg·m/s(2)U ＝h 22emλ2 8×102V解析：(1)由λ＝h p得电子的动量大小p ＝h λ＝ 6.6×10－34440×10－9×10－4kg·m/s ＝1.5×10－23kg·m/s(2)设加速电压为U ，由动能定理得eU ＝12mv 2而12mv 2＝p 22m ，所以U ＝p 22em ＝h 22emλ2 代入数据得加速电压的大小U ＝8×102V考点二 对不确定关系的理解在经典力学概念中，一个粒子的位置和动量是可以同时精确测定的．在量子理论发展后，揭示出要同时测出微观物体的位置和动量，其精确度是有一定限制的．由不确定性关系Δx Δp x ≥h4π可知，微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的，这也就决定了不能用“轨道”的观点来描述粒子的运动，因为“轨道”对应的粒子某时刻应该有确定的位置和动量，但这是不符合实验规律的．微观粒子的运动状态，不能像宏观物体的运动那样通过确定的轨迹来描述，而是只能通过概率波进行统计性的描述．【例2】 已知h4π＝5.3×10－35J·s，试求下列情况中速度测定的不确定量，并根据计算结果，讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况．(1)一个球的质量m ＝1.0 kg ，测定其位置的不确定量为10－6m. (2)电子的质量m e ＝9.0×10－31kg ，测定其位置的不确定量为10－10m(即原子的数量级)．根据不确定性关系Δx ·Δp x ≥h4π，先求动量的不确定性关系，再由Δp ＝m Δv ，计算速度测量的不确定性关系．【解析】 (1)m ＝1.0 kg ，Δx 1＝10－6m ， 由Δx Δp x ≥h4π，Δp ＝m Δv 知Δv 1≥h4πΔx 1m ＝5.3×10－3510－6×1.0 m/s ＝5.3×10－29m/s.(2)m e ＝9.0×10－31kg ，Δx 2＝10－10mΔv 2≥h4πΔx 2m e ＝ 5.3×10－3510－10×9.0×10－31 m/s ＝5.89×105m/s.在宏观世界中物体的质量与微观世界中粒子的质量相比较，相差很多倍．根据计算的数据可以看出，宏观世界中物体的质量较大，位置和速度的不确定量较小，可同时精确地测出物体的位置和动量．在微观世界中，粒子的质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，不能准确地把握粒子的运动状态．【答案】 见解析总结提能 ①不确定性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．②普朗克常量是不确定性关系中的重要角色，如果h 的值可忽略不计，这时物体的位置、动量可同时有确定的值，如果h 不能忽略，这时必须考虑微粒的波粒二象性．h 成为划分经典物理学和微观物理学的一个界线．(多选)关于不确定性关系Δx Δp x ≥h4π有以下几种理解，其中正确的是( CD )A ．微观粒子的动量不可能确定B ．微观粒子的坐标不可能确定C ．微观粒子的动量和坐标不可能同时确定D ．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子 解析：不确定性关系Δx Δp x ≥h4π表示确定位置、动量的精度互相制约，此消彼长，当粒子位置不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大；粒子位置不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小．故不能同时准确确定粒子的动量和坐标．不确定性关系也适用于其他宏观粒子，不过这些不确定量微乎其微．故C 、D 正确．重难疑点辨析运用不确定性关系解题的方法1．运用不确定性关系ΔxΔp x≥h4π时，应明确两点：(1)位置不确定量Δx，在单缝衍射中，Δx为狭缝的宽度，也可以是光子或电子偏离中心的距离．子弹射出枪口时，Δx为枪口的直径，也可以认为是子弹偏离中心的距离．电子在晶体中衍射时，Δx为晶体中原子间的距离，其单位必须化为国际单位米(m)，Δx同时也可以是粒子打在屏上偏离中心的距离．(2)动量的不确定量Δp x：①对宏观的运动物体，Δp x＝mΔv，其中Δv为子弹射出枪口时横向速度的确定量，而m为物体的质量，单位应统一为国际单位．②对微观粒子如光子，Δp x＝hλ.2．使用ΔxΔp x≥h4π可以求Δx≥h4πΔp x①Δp x≥h4πΔx②Δv≥h4πmΔx③由③式可知，在单缝衍射中狭缝越窄，即Δx越小，粒子通过狭缝时横向速度的不确定量Δv越大，反之当Δp x＝mΔv或Δp x＝hλ越大时，Δx越小而横向位置的不确定量越小．【典例】已知h4π＝5.3×10－35J·s，试求下列两种情况中位置的不确定量．(1)一电子具有200 m/s的速率，动量的不确定X围为0.01%.(2)一颗质量为10 g的子弹，具有200 m/s的速率，动量的不确定量为0.01%. 【解析】(1)电子的动量为p＝mv＝9.1×10－31kg×200 m·s－1＝1.8×10－28kg·m·s－1.动量的不确定X围为Δp x ＝0.01%p ＝1.0×10－4×1.8×10－28kg·m·s －1＝1.8×10－32kg·m·s －1，由不确定性关系式Δx Δp x ≥h4π，得电子位置的不确定X 围为Δx ≥h4πΔp x，所以Δx ≥5.3×10－351.8×10－32 m ＝2.9×10－3m. (2)子弹的动量为p ＝mv ＝10×10－3 kg×200 m·s －1＝2 kg·m·s －1动量的不确定X 围为Δp x ＝0.01%p ＝1.0×10－4×2 kg·m·s －1＝2×10－4kg·m·s －1， 由不确定性关系式Δx Δp x ≥h4π，得子弹位置的不确定X 围为Δx ≥h4πΔp x，所以Δx ≥5.3×10－352×10－4 m ＝2.65×10－31m. 【答案】 (1)大于或等于2.9×10－3m (2)大于或等于2.65×10－31m宏观世界中的物体质量比微观世界中的物质(粒子)质量大许多倍，正是因为宏观物体质量较大，其位置和速度的不确定量极小，通常不计，可以认为其位置和速度(动量)可精确测定；而微观粒子由于其质量极小，其位置和动量的不确定性特明显，不可忽略，故不能准确把握粒子的运动状态.1．(多选)在用单缝衍射实验验证光的波粒二象性实验中，下列说法正确的是( AD ) A ．使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够长，底片上将会显示衍射图样 B ．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样 C ．光子通过狭缝的运动轨迹是直线 D ．光的波动性是大量光子运动的规律2．下列说法正确的是( B ) A ．概率波就是机械波 B ．物质波是一种概率波C ．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象D ．在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则能确定这个光子落在哪个点上 解析：概率波与机械波是两个概念，本质不同；物质波是一种概率波，符合概率波的特点；光的双缝干涉实验中，若有一个光子，这个光子的落点是不确定的，但有几率较大的位置．3．(多选)在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长的两种情况下，其实验结果是( ABC )A ．若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则的点B ．若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹C ．这一实验结果证明了光具有波动性D ．这一实验结果否定了光具有粒子性解析：实验表明，大量光子的行为表现为波动性，个别光子的行为表现为粒子性．上述实验表明光具有波粒二象性，故A 、B 、C 正确，D 错误．4．(多选)关于光的波动性与粒子性，下列说法正确的是( ABCD )A ．大量光子的行为能明显地表现出波动性，而个别光子的行为往往表现出粒子性B ．频率越低、波长越长的光子波动性明显，而频率越高、波长越短的光子粒子性明显C ．光在传播时往往表现出波动性，而光在与物质相互作用时往往显示出粒子性D ．光子的能量是与频率成正比的，这说明了光的波动性与光的粒子性是统一的 5．一辆摩托车以20 m/s 的速度向墙冲去，车身和人共重100 kg ，则车撞墙时的不确定X 围是Δx ≥2.64×10－38_m.解析：根据不确定关系Δx Δp x ≥h4π得：Δx ≥h4πΔp x ＝ 6.63×10－344×3.14×100×20 m ＝2.64×10－38m.。
高中物理第四章5不确定关系课件教科版选修3_5
类型一 类型二
不确定关系的理解 【例题1】 (多选)关于不确定关系,下列说法正确的是 ( ) A.在微观世界中,粒子的位置和动量存在一定的不确定性,不能同 时测准 B.自然界中的任何物体的动量和位置都存在不确定性 C.海森堡不确定关系说明粒子的位置和动量存在一定的不确定性, 都不能测量 D.不确定关系 Δx·Δpx≥4ℎπ说明,由粒子的动量和位置只能测出它们 的最小值 ℎ
(即原子的数量级).求其速度的不确定量.
类型一 类型二
解析:(1)m=1.0 kg,Δx1=10-6 m,由 Δx·Δpx≥4ℎπ,Δpx=mΔv 知
Δv1≥4π
ℎ ������ Δ ������
1
=
5.3×10-35 1.0×10-6
m/s=5.3×10-29 m/s.
(2)me=9.0×10-31 kg,Δx2=10-10 m,由 Δx·Δpx≥4ℎπ,Δpx=mΔv 知
完全可以忽略.可见,不确定现象仅在微观世界方可观测到.
3.不确定性关系提供了一个依据
当不确定性关系施加的限制可以忽略时,则可以用经典力学理论
来研究粒子的运动;当不确定性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.
不确定性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.
4π
类型一 类型二
解析:微观世界中,粒子的位置和动量存在一定的不确定性,不能同 时测准,A正确.如果同时测量某个微观粒子的位置和动量,位置的 测量结果越精确,动量的测量误差就越大;动量的测量结果越精确, 位置的测量误差就越大,并不表明动量和位置有最小值,C、D错.普 朗克常量是一个很小的量,对宏观物体来说,这种不确定关系可以 忽略不计,B正确. 答案:AB 题后反思:无论是微观世界还是宏观世界,动量和位置都存在一定 的不确定性,但宏观物体的波动性根本无法被人们觉察.
教科版高中物理选修3-5课件 4 不确定关系课件(教科)
【解析】 m 1.0kg, x1 106 m
由xp
h
4
, pmv知v1源自h4x1m
5.3 1035 106 1.0
m
s
5.31029 m
4 “轨迹”的观点来描述粒子的运动．
严格的理论给出的不确定关系为：
x px 2
y py 2
z pz 2
首先由海森堡给出(1927) 海森堡不确定关系 (海森堡测不准关系)
它的物理意义是，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 Px 就越大，反之亦然。 因此不可能用某一时刻的位置和动量描述其运动状态。轨道的概念已失 去意义，经典力学规律也不再适用。
----------微观粒子的“波粒二象” 性的具体体现
3．经典物理和微观物理的区别 (1)在经典物理学中，可以同时用位置和动量精确地描述质点的运动，如果知道质点的加速度，还可以预 言质点在以后任意时刻的位置和动量，从而描绘它的运动轨迹． (2)在微观物理学中，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．但是，我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律．
于或等于 h . 4
光的单缝衍射:
激
光 束
像 屏
[再判断] 1．经典的粒子可以同时确定位置和动量．( √ ) 2．微观粒子可以同时确定位置和动量．( × ) 3．对于微观粒子，不可能同时准确地知道其位置和动量．( √ )
[后思考] 对微观粒子的运动分析能不能用“轨迹”来描述？
【提示】 不能．微观粒子的运动遵循不确定关系，也就是说，要准确确定粒子的位置，动量(或速度) 的不确定量就更大；反之，要准确确定粒子的动量(或速度)，位置的不确定量就更大，也就是说不可 能同时准确地知道粒子的位置和动量．因而不可能用“轨迹”来描述微观粒子的运动．
教科版高中物理选修3-5课件 4 不确定关系课件3
置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；反
பைடு நூலகம்
之，当粒子的位置不确定性大时，粒子动量的
不确定性小，故不能同时测量粒子的位置和动
量，故A、B错，C对．不确定性关系是自然界
中的普遍规律，对微观粒子的影响显著，对宏
观世界的影响可忽略，故D正确．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．关于不确定关系ΔxΔpx≥
h 4π
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．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观 粒子，也适用于宏观物体
解析：选CD.由ΔxΔpx≥
h 4π
可知，当粒子的位
以Δx表示粒子位置的不确定量，以Δp表示粒子
在x方向上的动量的不确定量，那么
h 4π
ΔxΔpx≥
，式中h是__普__朗__克___常量．
3．以宏观世界为研究对象学习和研究经典物理
学时，就可以完全不涉及实物粒子的波动
性．不确定关系是对物体在多大程度上要考察
其波动性作了最精确的概括．
二、正确理解不确定关系
第5节 不确定关系
课标定位
理解不确定关系，了解不确定关系在微观世界与宏 观世界中的不同作用．
一、不确定关系 1．微观粒子运动的基本特征 不再遵守牛顿运动定律，不可能同时准确地知 道粒子的_位__置___和__动__量__，不可能用“__轨__迹__” 来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能 通过__概__率__做统计性的描述． 2．不确定关系
高中物理选修5 .不确定关系(共16张PPT) (5)
由不确定关系式，得电子位置的不确定范围 h 6.63 10 34 3 x m 2 . 9 10 m 32 4 p 4 3.14 1.8 10 原子大小的数量级为 10-10m ，电子则更小。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。
一、 什么是粒子？什么是波？
1.经典的粒子和经典的波 经典的粒子： 具有空间大小、质量、电量等，遵从牛顿第二定律， 任意时刻有确定的位置和速度，以及确定的运动轨迹。 经典的波： 某种物理量呈时空周期性的分布，特征是具有频率和 波长。 在经典的传统观念中，一个客体要么是粒子，要么是 波，非此即彼！
一、什么是粒子?什么是波? 2.微观粒子波动性的解释 光的双缝干涉 大量的光子一次性地通过
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。 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。
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 测准。
二、不确定关系
h xpx 4
Δx越大， ΔPx越小； 反之亦然。
Δy、ΔPy； Δz、ΔPz同样有不确定度关系。
二、不确定关系
这个关系叫做不确定关系 ---位置、动量不确定
h x.p x 4
由德国物理学家 提出 (1901--1976)
h t.E 4
量子力学矩阵形式的 创建人，1932年获诺贝 尔物理学奖获得者。
暗条纹处光强小，即到 达此处的光子数少
一、什么是粒子什么是波 2.微观粒子波动性的解释 电子的双缝干涉
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经典波 ： 经 典波在空间中是弥散开来的，基本特征是：具有
频率 和 波长 ，即具有时空的 周期性 ．
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二、不确定关系 微观粒子运动的基本特征：不再遵守 牛顿运动 定律，不可能同
时准确地知道粒子的 位置 和 动量 ，不可能用“轨迹”来
描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能通过 概率 做统计性 的描述．
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h 位置和动量的不确定关系：ΔxΔp≥ 4π
h 由 ΔxΔp≥ 可以知道，在微观领域，要准确地测定粒子的位置， 4π 动量的不确定性就更大；反之，要准确确定粒子的动量，那么位 置的不确定性就更大．如将狭缝变成宽缝，粒子的动量能被精确 测定(可认为此时不发生衍射 )，但粒子通过缝的位置的不确定性 却增大了；反之取狭缝 Δx→0，粒子的位置测定精确了，但衍射 范围会随 Δx 的减小而增大，这时动量的测定就更加不准确了.
26
－34 －9
m， 解答
，则 Δp≥5.3×10－
kg· m/s. Δp≥5.3×10－26 kg· m/s
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答案
连续性和悖论
阿喀琉斯是史诗《伊利亚特》里的希腊大英雄．有一天他碰 到一只乌龟，乌龟嘲笑他说：“别人都说你厉害，但我看你如果 跟我赛跑，还追不上我．”阿喀琉斯大笑说：“这怎么可能．我 就算跑得再慢，速度也有你的 10倍，哪会追不上你？”乌龟说：
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不确定关系的计算
【典例 2】 一颗质量为 10 g 的子弹，具有 200 m· 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？ 解析 子弹的动量
p＝mv＝0.01×200 kg· m/s＝2.0 kg· m/s 动量的不确定范围 Δp＝0.01%×p＝1.0×10－4×2 kg· m/s ＝2.0×10
在量子理论建立之后，微观粒子的动量和位置要同时测出是不可 能的． 答案 AC
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【变式 1】 h 关于不确定关系 ΔxΔp≥ 有以下几种理解，其中正确的是 4π ( A．微观粒子的动量不可能确定 B．微观粒子的坐标不可能确定 C．微观粒子的动量和坐标不可能同时确定 D．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用 于其他宏观粒子 )．
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解析
h 不确定关系 ΔxΔp≥ 表示确定位置、动量的精度互相制 4π
约，当粒子位置不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大；粒 子位置不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小．故不能同时 准确确定粒子的动量和坐标． 不确定关系也适用于其他宏观粒子， 不过这些不确定量微乎其微． 答案 CD
5 不确定关系
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名师解疑Байду номын сангаас
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1．知道不确定关系上微观粒子运动规律． h 2．了解位置和动量的不确定关系 ΔxΔp≥ . 4π 3．了解科学理论都有其适用的范围． 4．了解自然科学发展的规律．
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一、经典粒子和经典的波 经典粒子：粒子有一定的 空间大小 ，有一定的 质量 ，有的还 具有电荷．运动的基本特征是：在任意时刻有确定的 位置 和 速度 ，在空间中有确定的 轨道 ．
－4
kg· m/s
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h 由不确定关系式 ΔxΔp≥ ，得子弹位置的不确定范围 4π 6.63×10－34 h －31 Δx≥ ＝ m －4 m＝2.6×10 4π·Δp 4×3.14×2.0×10
答案
Δx≥2.6×10－31m
我们知道，原子核的数量级为 10－ 15m，所以，子弹位
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微观粒子的运动没有特定的轨道 h 由不确定关系 Δx·Δp≥ 可知，微观粒子的位置和动量是不能同 4π 时被确定的，这也就决定了不能用“轨道”的观点来描述粒子的
运动， 因为“轨道”对应的粒子某时刻应该有确定的位置和动量， 但这是不符合实验规律的．微观粒子的运动状态，不能像宏观物 体的运动那样通过确定的轨迹来描述，而是只能通过概率波进行 统计性的描述．
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二、微观粒子和宏观物体的特性对比
宏观物体 微观粒子
具有确定的坐标和动量，可
用牛顿力学描述
没有确定的坐标和动量，需
用量子力学描述
有连续可测的运动轨道，可
追踪各个物体的运动轨迹 体系能量可以为任意的、连 续变化的数值 不确定关系无实际意义
有概率分布特性，不可能分
辨出各个粒子的轨迹
不确定关系：以 Δx 表示粒子位置的不确定量，以 Δp 表示粒子 h 在 x 方向上的动量的不确定量，那么 ΔxΔp≥ ，式中 h 是普朗 4π 克常量．
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一、如何理解位置和动量的不确定关系
粒子的位置不确定 单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们可以处于 挡板左侧的任何位置，也就是说，粒子在挡板左侧的位置是完 全不确定的．
能量量子化
遵循不确定关系
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对不确定关系的理解
【典例1】 下述说法正确的是 ( )．
A．宏观物体的动量和位置可准确测定
B．微观粒子的动量和位置可准确测定 C．微观粒子的动量和位置不可同时准确测定 D．宏观粒子的动量和位置不可同时准确测定
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解析
宏观物体在经典力学中，位置和动量可以同时精确测定，
借题发挥
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．
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【变式 2】 在单缝衍射实验中，若单缝宽度是 1.0×10－9 m，那么光子经过 单缝发生衍射，动量不确定量是多少？ 解析 由题目可知光子位置的不确定量 Δx＝1.0×10 本题需利用不确定性关系． 单缝宽度是光子经过狭缝的不确定量 即 Δx＝1.0×10－9 m， 6.63×10 h －9 由 Δx·Δp≥ 有：1.0×10 ·Δp≥ 4π 4π
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粒子的动量不确定 微观粒子具有波动性，会发生衍射．大部分粒子到达狭缝之前
沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投影位置
以外．这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量．由于哪个 粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向 上的动量也不确定，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度 来衡量．