19-07 不确定关系.ppt

* 第十九章 量子物理 19 - 7 不确定关系 * 一级最小衍射角 电子经过缝时的位置不确定 . 电子经过缝后 x 方向动量不确定 用电子衍射说明不确定关系 电子的单缝衍射实验 考虑衍射次级有 P P P x y φ 1927年海森伯（W.Heisenberg）分析了几个理想实验后提出了不确定度关系。 海森伯于 1927 年提出不确定原理 对于微观粒子不能同时用确定的位置和确定的动量来描述 . 1） 微观粒子同一方向上的坐标与动量不可同时准确测量,它们的精度存在一个终极的不可逾越的限制 . 2） 不确定的根源是“波粒二象性”这是自然界的根本属性 . 不确定关系 物理意义 解 子弹的动量 3）对宏观粒子，因 很小，所以 可视为位置和动量能同时准确测量 . 例 1 一颗质量为10 g 的子弹，具有 的速率 . 若其动量的不确定范围为动量的 (这在宏观范围是十分精确的 ) , 则该子弹位置的不确定量范围为多大? 动量的不确定范围 位置的不确定量范围 例2 一电子具有 的速率, 动量的不确范围为动量的 0.01% (这也是足够精确的了) , 则该电子的位置不确定范围有多大? 解 电子的动量 动量的不确定范围 位置的不确定量范围 这说明原子光谱有一定宽度，实验已经证实这一点。 原子处于激发态的平均寿命一般为 于是激发态能级的宽度为： 不确定度关系 c. 对于微观粒子的能量E及它在能态上,停留的 之间也有下面的测不准关系: 平均时间 h判据 例题18-12 电视显象管中电子的加速度电压为10kV,电 子枪的枪口的直径为0.01㎝.试求电子射出 电子枪后的横向速度的不确定量。 解： 电子横向位置的不确定量 由于 ,所以电子运动速度相对来说仍然是相当确定的,波动性不起什么实际影响。 不确定度关系 例题18-13 试求原子中电子速度的不确定量, 取原子的线 度约为 10-10 m。 由不确定关系式得 解 原子中电子位置的不确定量 由玻尔理论可估算出氢原子中电子的轨道运动速度约为 ,可见速度的不确定量与速度大小的数量级基本相同.因此原子中电子在任一时刻没有完全确定的位置和速度,也没有确定的轨道,不能看成经典粒子,波动性十分显著。 不确定度关系 例题18-14 实验测定原子核线度的数量级为10-14m，试 应用不确定度关系来估算电子如被束缚在原 子核中的动能。从而判断原子核是由质子和 电子组成是否可能。 由于动量的数值不可能小于它不确定量，故电子的动量 解 取电子在原子核中位置的不确定量 由不确定度关系得 不确定度关系 理论证明，电子具有这样大的动能足以把原子核击碎，所以，把电子禁锢在原子核内是不可能的，这就否定了原子核是由质子和电子组成的假设。 电子在原子核中的动能 故 考虑到电子在此动量下有极高的速度，需要应用相对论的能量动量公式 不确定度关系 玻尔 互补原理 （普遍形式） 经典物理 互相排斥的性质 量子物理 互相补充的侧面 思考 测不准原理及其它量子结论都可以从这里得到解释 量子论对哲学、自然科学的影响 （1）量子论对经典理论的严格的因果率（决定论）规定了限度 （2）海森堡原理在物理宇宙的最基本层次上使自由意志的概念 成为可能，自由意志的决策肯定是不可预言的 （3）测不准原理的解释，证实了人类在物质意义上的知识限度 （4）测量存在根本局限思想，提示其他领域的研究者 是否也存在类似的基本限度 人与“大脑认识”的限度 生命现象实验安排中，尽可能完备的物理学观察 与生命的自由体现也不能同时被满足 玻尔 互补原理 （普遍形式） 经典物理 互相排斥的性质 量子物理 互