精品课件：17.5不确定性关系.pptxVIP

人教版高中物理选修3-517.5不确定性关系

物理学的四大神兽缩地成寸芝诺龟预言先知拉普拉斯兽逆转时空麦克斯韦妖超越生死薛定谔的猫

在经典力学中，粒子（质点）的运动状态用位置坐标和动量来描述，而且这两个量都可以同时准确地予以测定。如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。然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢？新课引入

再来考察单缝衍射问题单缝屏激光单缝屏激光遵从牛顿定律，有确定的运动轨迹，可以同时用位置坐标、动量描述，也就是可以同时测准其位置坐标和动量。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。能否同时用位置坐标、动量描述？有运动轨道打在缝后屏的投影区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。在屏上的落点应在缝的投影之内。

激光束像屏如果用位置坐标和动量描述粒子（光子）在x轴上的运动，狭缝的宽度为?x，粒子通过狭缝的瞬间在x轴上的坐标是多少？粒子通过狭缝时其位置在x轴上不确定量为缝宽?x粒子通过狭缝时在x轴上的动量p是多少？大部分粒子通过狭缝后打在狭缝投影之外的位置，说明大部分粒子都有沿x轴方向的动量，粒子落点位置越偏，p越大，中央亮条纹越宽，则沿x轴方向动量不确定量?p越大无法确定无法确定x

为了更准确的测定通过狭缝时粒子在x轴方向上的位置，我们可以选用更窄的狭缝（如图2），实验现象表明，狭缝越窄，屏上中央亮条就越宽，尽管粒子通过狭缝时坐标不确定量?x变小了，但粒子在x轴方向上的动量不确定量?p更大了。x图1图2图3图4

如果要更准确的确定x轴上粒子的位置（?x更小），那么x轴上动量的测量一定会更不准确（?p更大）；更准确地测量粒子在x轴上的动量（?p更小），那么x轴上粒子的位置会更不准确（?x更大）；微观粒子不满足牛顿运动定律，也不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粒子的运动②中央亮条的宽度代表粒子动量不确定范围。①狭缝的宽度代表粒子位置不确定范围。

屏上各点的亮度实际上反映了粒子到达该点的概率。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)变大入射粒子xyOaθΔpx3.在缝后x方向有动量，也是不确定的Δpx（0≤Δpx≤sinθ）即：不能同时测准位置和动量

1927年海森伯提出：粒子在某方向上的位置不确定量?x与该方向上的动量不确定量?p的乘积必不小于普朗克常数除于4π。?x:x轴上坐标的不确定量?p:x轴上动量的不确定量h:普朗克常数6.63×10-34J?s一.不确定性关系1、适用范围：既适用于微观粒子，也适用于宏观物体。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。即：不确定关系是物质的波粒二象性引起的。

3、注意：（1）在这里?x与?p是同一坐标轴上的不确定量。（2）不确定关系不是说微观粒子的坐标不能确定，也不是说微观粒子的动量不能确定，更不是说微观粒子的坐标和动量都不能确定，而是说微观粒子的坐标和动量无法同时确定。（3）当欲精确确定微观粒子的位置（?x→0）时，其动量必定极不精确（?p→∞），反之亦然，这是因为粒子既有粒子性又有波动性的缘故。即：?x→0，?p→∞?p→0，?x→∞(4)不确定关系不仅适用于电子和光子，也适用于其它粒子。

4、对不确定性关系的理解（1）粒子位置的不确定性单缝衍射现象中，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。（2）粒子动量的不确定性①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。②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具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量。

（5）关于海森伯不确定关系的说明：①不确定关系是物质的波粒二象性引起的，由物质的本性所决定，与实验技术或仪器的精度无关。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。②不确定关系不仅适用于电子和光子，也适用于其它粒子。对于微观粒子，我们不能用经典的来描述③不确定原理对任何物体都成立，但不确定现象仅在微观世界方可观测到。海森伯不确定关系对宏观物体没有施加有效的限制。