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人教版高二物理选修3-5 17.5不确定性关系 课件(11张PPT)

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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)

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)

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

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

《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。

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

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

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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。
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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)

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)


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2．实验探究
图17－4－1
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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．
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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.
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【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.
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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.
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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。