人教版高二物理选修3-5 17.5不确定性关系 课件(11张PPT)
合集下载
人教版高二物理选修3-5课件：17.4-17.5-概率波---不确定关系(共21张PPT)
2020/6/11
18
(1)一电子具有200 m/s的速率，动量的不确
定范围为0.01%.求位置的不确定量？
【解析】 (1)电子的动量为 p＝mv＝9.1×10－31 kg×200 m·s－1＝ 1.8×10－28kg·m·s－1.
动量的不确定范围为 Δp＝0.01 %p＝1.0×10－4×1.8×10－28kg·m·s－1 ＝1.8×10－32kg·m·s－1
Δp＝0.01%p＝1.0×10－4×2 kg·m·s－1 ＝2×10－4 kg·m·s－1
由不确定性关系式 ΔxΔp≥4hπ，得子弹位置的不确
定范围为 Δx≥4πhΔp
5.3×10－35 所以 Δx≥ 2×10－4 m＝2.65×10－31 m.
2020/6/11
20
变式训练
2．设子弹的质量为0.01 kg，枪口直径为0.5 cm，试求子弹射出枪 口时横向速度的不确定量．
2020/6/11
3
二、概率波：
对比乙、丙、
丁，思考：
光子有何特 性？
甲
光源 双缝
感光胶片
乙
2020/6/11
丙
丁
4
二、概率波：
个别光子在何处出现具有一定的偶然性，但 大量光子在空间何处出现却服从一定的统计规律。 -------即：光是一种概率波。
（ 1926年德国物理学家 波恩提出的概率波 ）
年．爱因斯坦在100年前发表了5篇重要论文，内容涉及狭
义相对论、量子论和统计物理学，对现代物理学的发展作
出了巨大贡献．某同学学了有关的知识后，有如下理解，
其中正确的是
（ BD ）
A.微观粒子的波动性与经典波的特征相同。
B.光既具有波动性，又具有粒子性
人教版高中物理选修3-5 17.5不确定关系 (共43张PPT)
3、情感态度与价值观
通过讲述一些物理史的内容培养学生 的学习兴趣和了解科学家为科学献身的精神， 树立刻苦钻研，勤奋好学的决心。
了解科学理论都有其适用的范围。
了解自然科学发展的规律。
教学重难点重点Biblioteka 不确定关系的概念难点
对不确定关系的定量应用
本节导航
一、不确定性关系 二、物理模型与物理关系
一、不确定性关系
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
p mv 9.110
31
200kgm/ s 1.8 10
28
kgm/ s
动量的不确定范围
p 0.01% p 1.0 104 1.8 1028 kgm/ s 1.8 1032 kgm/ s
学习光的波粒二象性和物质波 的时候，我们用概率波来描述微观 粒子的运动规律，我们怎样确定微 观粒子在空间的位置？
第十七章波粒二象性
第五节不确定性关系
教学目标
1、知识与技能
了解不确定关系的概念和相关计算。 了解物理模型与物理现象。
2、过程与方法
会借助光的衍射实验理解位置和动量的测 不准关系ΔxΔp≥h/4π。 会借助能级的实验事实理解能量和时间的 测不准关系ΔEΔt≥h/4π。
由不确定关系式C，得子弹位置的不确定范围
h x 4 p 6.631034 m 4 4 3.14 2.0 10 2.6 1031 m
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 。
高二物理人教版选修3-5 课件 第17章 3 4 5 不确定性关系
解析：(1)子弹的德布罗意波长为 λ＝h/p＝h/(mv)＝6.63×10－37 m (2)它以光速运动时的德布罗意波长为 λ2＝h/p＝4.42×10－43 m (3)由 λ＝h/(mv)得子弹的速度必须为 v＝h/(λm)＝3.3×10－28 m/s.
答案：见解析
1．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因 为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近．已知中子质 量 m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量 h＝6.63×10－34 J· s，可以估
(3)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． 【例题】一颗质量为 5.0 kg 的炮弹，问： (1)以 200 m/s 的速度运动时，它的德布罗意波长多大？ (2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长多大？ (3)若要使它的德布罗意波长与波长是 400 nm 的紫光波长 相等，则它必须以多大的速度运动？
知识点 3 不确定性关系 1．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．微观粒子的坐标测得越准确，动量就越不准确；微观 粒子的动量测得越准确，坐标就越不准确． 2．用Δx 表示粒子位置的不确定量， 用Δp 表示在 x 方向 h ΔxΔp≥4π 上动量的不确定量，那么有_________ ，这就是著名的不确定性 关系． 3．由不确定性关系可知道，微观粒子的位置和动量不能同
2．概率波 在光的双缝干涉图象中，不能肯定某个光子落在哪一点， 即光子落在各点的概率是不一样的．但光子落在明纹处的概率 大，落在暗纹处的概率小．光子在空间出现的概率可以通过波 动的规律确定．从光子的概念上看，光波是一种概率波．与微 观粒子相对应的物质波是概率波，单个粒子的位置是不确定的， 但在某点附近出现的概率大小可以由波动的规律确定．
《概率波与不确定性关系》人教版高二物理选修3-5PPT课件
人教版高中物理选修3-5
第17章 波粒二象性
第4节 概率波与不确定性关系
MENTAL HEALTH COUNSELING PPT
讲解人：XXX 时间：20XX.5.25
课堂引入
【小组讨论】
光在传播过程中有确定的轨迹吗？分析微观粒子的运动规律时，牛顿第二 定律是否还适用？
一、经典的粒子和经典的波
在经典物理学的观念中，人们形成了一种观念，物质要么具有粒子性，要么 具有波动性，非此即彼。任意时刻的确定位置和速度以及空中的确定轨道，是经 典物理学粒子运动的基本特征。与经典的粒子不同，经典的波在空间中是弥散开 来的，其特征是具有频率和波长，也就是具有时空的周期性。
C = “次品数多于3件” ; D = “次品数至少有1件” 试写出下列事件的基本事件组成：
A∪ B ， A ∩C, B∩ C ; A∪B = A ( A,B 中至少有一个发生）
A∩C= “有4件次品”
B∩C =
新知探究
5.事件的互斥
若A∩B为不可能事件（ A∩B= ），那么称
事件A与事件B互斥，其含义是： 事件A 与 B 在任何
二、概率波
２.概率波对光的双缝干涉现象的解释
曝光量很少时可以清楚地看出光的 粒子性。曝光量很大时可以看出粒 子的分布遵循波动规律。
二、概率波
物理学中把光波叫做概率波。 概率表征某一事物出现的可能性。 经过长期的探索，人们发现：光既是一种波,又是一种粒子,光既 表现出波动性又表现出粒子性。
二、概率波
二、概率波
按光子的模型，用统计观点看待单个粒子与粒子总体的联系，并 将波的观点与粒子观点结合起来了，但这里的波是特殊意义的波， 因而被称为“概率波”． 这种对物质波衍射与实物粒子的波粒二象 性的理解，称作统计解释或概率解释。
第17章 波粒二象性
第4节 概率波与不确定性关系
MENTAL HEALTH COUNSELING PPT
讲解人：XXX 时间：20XX.5.25
课堂引入
【小组讨论】
光在传播过程中有确定的轨迹吗？分析微观粒子的运动规律时，牛顿第二 定律是否还适用？
一、经典的粒子和经典的波
在经典物理学的观念中，人们形成了一种观念，物质要么具有粒子性，要么 具有波动性，非此即彼。任意时刻的确定位置和速度以及空中的确定轨道，是经 典物理学粒子运动的基本特征。与经典的粒子不同，经典的波在空间中是弥散开 来的，其特征是具有频率和波长，也就是具有时空的周期性。
C = “次品数多于3件” ; D = “次品数至少有1件” 试写出下列事件的基本事件组成：
A∪ B ， A ∩C, B∩ C ; A∪B = A ( A,B 中至少有一个发生）
A∩C= “有4件次品”
B∩C =
新知探究
5.事件的互斥
若A∩B为不可能事件（ A∩B= ），那么称
事件A与事件B互斥，其含义是： 事件A 与 B 在任何
二、概率波
２.概率波对光的双缝干涉现象的解释
曝光量很少时可以清楚地看出光的 粒子性。曝光量很大时可以看出粒 子的分布遵循波动规律。
二、概率波
物理学中把光波叫做概率波。 概率表征某一事物出现的可能性。 经过长期的探索，人们发现：光既是一种波,又是一种粒子,光既 表现出波动性又表现出粒子性。
二、概率波
二、概率波
按光子的模型，用统计观点看待单个粒子与粒子总体的联系，并 将波的观点与粒子观点结合起来了，但这里的波是特殊意义的波， 因而被称为“概率波”． 这种对物质波衍射与实物粒子的波粒二象 性的理解，称作统计解释或概率解释。
高中物理人教版选修3-5课件：17.4-17.5 概率波 不确定性关系
-3-
4
1
概率波
2 3
5 不确定性关系
4
首 页
X 新知导学 Z 重难探究
INZHI DAOXUE
HONGNAN TANJIU
D 当堂检测
ANGTANG JIANCE
2.概率波 (1)光波是一种概率波:光的波动性不是光子之间的相互作用的结果,光 子本身的波动性是它固有的性质。光子在空间出现的概率可以通过波动的 规律来确定,所以,从光子的概念上看,光波是一种概率波。 (2)物质波也是概率波:对于电子和其他微观粒子,单个粒子的位置是不 确定的,但是在某点附近出现的概率的大小可以由波动的规律确定。 对于大 量粒子,这种概率分布导致确定的宏观结果,所以物质波也是概率波。
-8-
4
概率波
5 不确定性关系
首 页
X 新知导学 Z 重难探究
INZHI DAOXUE
HONGNAN TANJIU
D 当堂检测
ANGTANG JIANCE
探究一
探究二
5.分析求解物质波问题的方法 (1)根据已知条件,写出宏观物体或微观粒子动量的表达式 p=mv。 (2)根据德布罗意波长公式 λ= 求解。 (3)若涉及光子的问题,必须区分光子和微观粒子的能量和动量的不同 表达式。 如光子的能量 E=hν,动量 p= ;微观粒子的动能 Ek= mv2,动量 p=mv。 (4)有关选择判断问题应从以下几个方面思考:物质波的波长很短,运动 速度为 4.0×107 m/s 的电子的波长为 1.8×10-11 m,一颗质量为 10 g 的子弹以 200 m/s 的速度运动时的波长为 3.3×10-34 m,因此这些物质波的波动性不明 显,很难观察到其衍射现象,只有利用金属晶格中的狭缝才能观察到电子的 衍射图样。 警示(1)概率大小只表明事件发生的可能性,实际情况如何,则不 确定。 (2)大量光子的行为易表现出光的波动性,少量光子的行为易表现出粒 子性。
高二物理课件 17.4 概率波 17.5 不确定性关系 (人教版选修3-5)
2.光波是一种概率波 在双缝干涉实验中，光子通过双缝后，对某一个光子而言， 不能肯定它落在哪一点，但屏上各处明暗条纹嘚不同亮度， 说明光子落在各处嘚可能性即概率是不相同嘚.光子落在明条 纹处嘚概率大，落在暗条纹处嘚概率小. 这就是说光子在空间出现嘚概率可以通过波动嘚规律来确定， 因此说光是一种概率波.
(1)不确定性关系不是说微观粒子嘚坐标测不准，也 不是说微观粒子嘚动量测不准，更不是说微观粒子嘚坐标和 动量都测不准，而是说微观粒子嘚坐标和动量不能同时测准. (2)普朗克常量是不确定关系中嘚重要角色，如果h嘚值可忽 略不计，这时物体嘚位置、动量可同时有确定嘚值，如果h不 能忽略，这时必须考虑微粒嘚波粒二象性.h成为划分经典物 理学和量子力学嘚一个界线.
【解析】选B.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，符合概率波嘚特点；光嘚双缝干涉实验中， 若有一个光子，这个光子嘚落点是不确定嘚，但有概率较大 嘚位置.
2.电子嘚运动受波动性嘚支配，对于氢原子嘚核外电子，下 列说法正确嘚是( ) A.氢原子嘚核外电子可以用确定嘚坐标描述它们在原子中嘚 位置 B.电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它嘚轨道 C.电子绕核运动嘚“轨道”其实是没有意义嘚 D.电子轨道只不过是电子出现嘚概率比较大嘚位置
【方法技巧】 求解“光嘚本性”问题嘚技巧 求解光嘚本性问题应当明确，光波是概率波，既不能把光波 理解成宏观概念中嘚波，也不能把光子看做宏观概念中嘚粒 子；频率低嘚光，波动性显著，频率高嘚光，粒子性显著； 光在传播过程中往往显示出波动性，光在与物质相互作用时， 往往显示出粒子性，光子在空间各点出现嘚可能性嘚大小， 可用波动规律来描述. 概率是一种统计概念，少量光子嘚行为显示不出概率统计规 律，大量光子才显示出这种规律.“概率波”实际上是将光嘚 波动性和粒子性统一起来嘚一种说法.波动性是光子嘚属性.
人教版物理选修3-5《不确定性关系》ppt课件(40页)
入射电子束
照相底版
只考虑一级衍射:
电子可在缝宽 x 范围的任意一点通过狭缝，电子坐标不
确定量就是缝宽 x，电子在 x方向的动量不确定量:
px p sin
d sin xsin
p h
px
p
x
h x
xpx h
若考虑次级衍射: xpx h 一般有: x Px h
严格的理论给出的不确定性关系为：
2m d x2
E i
k2
2mE 2
i (x) C sin(kx )
由边界条件得： i (0) C sin 0
i (a) C sin ka 0 0
ka n , n 1,2,3
据归一化条件，得
0a
(
x,
t
)
2
d
x
0aC
sin
nx
a
2
d
x
1
C 2
a 得波函数表达式： i (x,t)
E 37.7 n2eV
E (2n 1) 37.7eV
在这种情况下，相邻能级间的距离是非常 大的，这时电子能量的量子化就明显的表现出 来。
当n>>1 时 ,能级的相对间隔近似为
En
2
n
8
h2 ma
2
2
En
n
2
8
h2 ma
2
n
可见能级的相对间隔 En随着n的增加成反比地减
n 小。当
时 ， E较n 之
En
E要n小的多。这时，能
量的量子化效应就不显著了，可认为能量是连续的，
经典图样和量子图样趋与一致。所以，经典物理可以
看作是量子物理中量子数 n 时的极限情况。
17.5 不确定性关系 课件(人教版选修3-5)
金太阳新课标资源网
2．实验探究
图17－4－1
金太阳新课标资源网
图17－4－1中甲是用很弱的光源做双缝干涉实验 的装置．乙图的曝光时间最短，显示出光的 粒子性 ，丙、丁图中光子到达的区域正好是 ________ 明条纹 波通过双缝后发生干涉时的 ________区域，表 波动性 明光具有 _______． 如果使光源更微弱，使同一时刻只有一个光子飞 向感光屏，不同曝光时间摄得的照片仍和乙、丙、 丁相同，表明波动性是光子本身的属性．
金太阳新课标资源网
3．位置和动量的不确定关系 在粒子的衍射现象中，设有粒子通过狭缝后落在 屏上，狭缝宽度为a(用坐标表示为Δx)，那么某个 粒子通过狭缝时位于缝中的哪一点是不确定的， 不确定的范围为Δx；若是宏观粒子，它通过狭缝 后会直接落到缝的投影位置上，我们知道微观粒 子具有波动性，经过狭缝后会发生衍射，有些粒 子会偏离原来的运动方向跑到了投影位置以外的 地方，这就意味着粒子有了与原来运动方向垂直 的动量(位于与原运动方向垂直的平面上)．又由 于粒子落在何处是随机的，所以粒子在垂直于运 动方向上的动量具有不确定性，不确定量为Δp.
金太阳新课标资源网
【精讲精析】 光波是概率波，单个光子没有 确定的轨道，其到达某点的概率受波动规律支 配，少数光子落点不确定体现粒子性，大量光 子的行为符合统计规律，受波动规律支配，才 表现出波动性，出现干涉中的亮纹或暗纹，故 A错误，B、D正确；干涉条纹中的亮纹处是光 子到达机会多的地方，暗纹处是光子到达机会 少的地方，但也有光子到达，故C正确．
－
m/s.
金太阳新课标资源网
kg， Δx2＝10 m － 35 5.3 × 10 h Δv2≥ ＝ m/s ＝ － 10 － 31 4πΔx2me 10 × 9.0×10 (2)me＝9.0×10 5.89× 105 m/s.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Px
Δpx
y
1、 在挡板左侧位置完全不确定。 2、 在缝处位置不确定范围是缝宽 a = Δx.
3、在缝后x方向有动量，也是不的确定的 0 px p sin
4、若减小缝宽：位置的不确定范围减小，但中央亮纹变宽， 所以 x 方向动量的不确定量( Δpx )变大。
一、不确定性关系
1、定义
在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的； 在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不可能的， 这种关系叫不确定性关系。
遵从牛顿定律，有确定的 运动轨迹，可以同时用位置、 动量描述，也就是可以同时测 准其位置和动量。
事实光子不是经典粒子， 由于衍射,落点会超出单缝投 影的范围，遵从（概率波）统 计规律，没有确定的运动轨迹。 能否同时用位置、动量描述？
屏上各点的亮度实际上反映了粒子到达该点的概率
x
P
入
射 粒 子
a
O
θ
1927 年海森伯提出：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普 朗克常数。
xp h 4π
海森伯不确定性关系告诉我们： 微观粒子坐标和动量不能同时确定。粒子位置若是测
得极为准确，我们将无法知道它将要朝什么方向运动；若是 动量测得极为准确，我们就不可能确切地测准此时此刻粒子 究竟处于什么位置.
3、不确定性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 px 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。
二、物理模型与物理现象
在经典物理学中，对于宏观对象，我们分别建立 粒子模型和波动模型；在微观世界里，也需要建立 物理模型，像粒子的波粒二象性模型．
不确定关系说明经典描述手段对微观粒子不再适用。
一、不确定性关系
1、定义
在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的； 在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不可能的， 这种关系叫不确定性关系。
2、表达式： x p h
4
其中Δx表示粒子位置的不确定量，用Δp表示在x方向上动 量的不确定量，h是普朗克常量。
第十七章 波粒二象性
根据经典物理学，如果我们已知一物体的初始位置和初始速 度，就可以准确地确定以后任意时刻的位置和速度。
但是在微观世界中，由于微观粒子具有波动性，其坐标和 动量不能同时确定，我们不能用经典的方法来描述它的粒子性。
单缝
屏
激
有运动轨道打在
光
缝后屏的投影区
单缝
屏
激
光
如果光子是经典粒子， 从光源飞向屏，不受力， 做匀速直线运动。
不确定关系是物质的波粒二象性引起的。 对于微观粒子，我们不能用经典的来描述。 海森伯不确定关系对于宏观物体没有施加有效的限制。
不确定关系的物理意义
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，它是波粒二象性的深刻反应，也是对波粒二象 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，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精确度也要受 到限制。