對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)：光具有波動(dòng)性和粒子性，是一種概率波。,知識(shí)回顧,1926年，德國物理學(xué)玻恩（Born，1882-1972）提出了概率波，認(rèn)為個(gè)別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。,經(jīng)典波動(dòng)與德布羅意波（物質(zhì)波）的區(qū)別：經(jīng)典的波動(dòng)（如機(jī)械波、電磁波等）是可以測(cè)出的、實(shí)際存在于空間的一種波動(dòng)。而德布羅意波（物質(zhì)波）是一種概率波。簡單的說，是為了描述微觀粒子的波動(dòng)性而引入的一種方法。,學(xué)習(xí)光的波粒二象性和物質(zhì)波的時(shí)候，我們用概率波來描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們?cè)鯓哟_定微觀粒子在空間的位置？,第五節(jié)不確定性關(guān)系,第十七章波粒二象性,了解不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計(jì)算。了解物理模型與物理現(xiàn)象。,1、知識(shí)與技能,會(huì)借助光的衍射實(shí)驗(yàn)理解位置和動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系xph/4。會(huì)借助能級(jí)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)理解能量和時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系Eth/4。,2、過程與方法,通過講述一些物理史的內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和了解科學(xué)家為科學(xué)獻(xiàn)身的精神，樹立刻苦鉆研，勤奮好學(xué)的決心。了解科學(xué)理論都有其適用的范圍。了解自然科學(xué)發(fā)展的規(guī)律。,3、情感態(tài)度與價(jià)值觀,重點(diǎn)不確定關(guān)系的概念難點(diǎn)對(duì)不確定關(guān)系的定量應(yīng)用,一、不確定性關(guān)系,二、物理模型與物理關(guān)系,一、不確定性關(guān)系,在經(jīng)典力學(xué)中，粒子（質(zhì)點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用位置坐標(biāo)和動(dòng)量來描述，而且這兩個(gè)量都可以同時(shí)準(zhǔn)確地予以測(cè)定。然而，對(duì)于具有二象性的微觀粒子來說，是否也能用確定的坐標(biāo)和確定的動(dòng)量來描述呢？,1、概念：經(jīng)典力學(xué)：運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等。微觀粒子：位置、動(dòng)量等具有不確定量（概率）。2、電子衍射中的不確定度如下圖所示：一束電子以速度v沿oy軸射向狹縫。電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。,電子衍射實(shí)驗(yàn)示意圖,設(shè)有一束電子沿oy軸射向屏AB上縫寬為a的狹縫，于是，在照相底片CD上，如上圖所示，如果仍用坐標(biāo)x和動(dòng)量p來描述這一電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么，一個(gè)電子通過狹縫的瞬時(shí)，它是從縫上哪一點(diǎn)通過的呢?也就是說，電子通過狹縫的瞬時(shí)，其坐標(biāo)x為多少?顯然，這一問題，我們無法準(zhǔn)確地回答，因?yàn)榇藭r(shí)該電子究竟在縫上哪一點(diǎn)通過是無法確定的，即我們不能準(zhǔn)確地確定該電子通過狹縫時(shí)的坐標(biāo)。研究表明：對(duì)于第一衍射極小，,上式中為電子的德布羅意波長。電子的位置和動(dòng)量分別用x和p來表示。電子通過狹縫的瞬間，其位置在x方向上的不確定量為x=a同一時(shí)刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動(dòng)量的分量px變化越大。分析計(jì)算可得：,式中h為普朗克常量。這就是著名的不確定性關(guān)系，簡稱不確定關(guān)系。上式表明：（1）許多相同粒子在相同條件下實(shí)驗(yàn)，粒子在同一時(shí)刻并不處在同一位置。（2）用單個(gè)粒子重復(fù)，粒子也不在同一位置出現(xiàn)。,例1一顆質(zhì)量為10g的子彈，具有200ms-1的速率，若其動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0.01%(這在宏觀范圍是十分精確的了)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大?,例題,例2一電子具有200m/s的速率，動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0.01%(這已經(jīng)足夠精確了)，則該電子的位置不確定范圍有多大?,二、物理現(xiàn)象和物理本質(zhì),在經(jīng)典物理學(xué)中，對(duì)于不同的宏觀現(xiàn)象，分別建立了粒子模型和波動(dòng)模型，在微觀世界屬性中也可以用一些模型來設(shè)想。根據(jù)德布羅意波的長可以肯定的說，波動(dòng)性是所有物體都有的，不管是一個(gè)電子還是一顆飛行的子彈，乃至一個(gè)星球，只不過子彈和星球的動(dòng)量太大，波長要比原子和電子的波長小的多，因而難以觀察到它們的波動(dòng)圖形。,1、不確定關(guān)系的物理意義和微觀本質(zhì)（1）物理意義：微觀粒子不可能同時(shí)具有確定的位置和動(dòng)量。粒子位置的不確定量越小，動(dòng)量的不確定量就越大，反之亦然。（2）微觀本質(zhì)：是微觀粒子的波粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的必然結(jié)果。,不確定關(guān)系式表明：（1）微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)得愈準(zhǔn)確，動(dòng)量就愈不準(zhǔn)確（2）微觀粒子的動(dòng)量測(cè)得愈準(zhǔn)確，坐標(biāo)就愈不準(zhǔn)確不確定關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)不準(zhǔn)；也不是說微觀粒子的動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測(cè)不準(zhǔn)；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)。,（2）微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量本來就不同時(shí)具有確定量。這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性的必然反映?？芍?，不確定關(guān)系是自然界的一條客觀規(guī)律，不是測(cè)量技術(shù)和主觀能力的問題。,（3）不確定關(guān)系提供了一個(gè)判據(jù)：當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時(shí)，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時(shí)，那只能用量子力學(xué)理論來處理問題。,位置和動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系xp=h/4實(shí)驗(yàn)（光的衍射）,能量和時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系E=h/4實(shí)驗(yàn)（原子光譜）,宏觀運(yùn)動(dòng)與微觀運(yùn)動(dòng),不確定性關(guān)系,微觀粒子和宏觀物體的特性對(duì)比,著名的不確定關(guān)系,利用數(shù)學(xué)方法對(duì)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析可以知道：,位置和動(dòng)量的不確定關(guān)系,時(shí)間和能量的不確定關(guān)系,推導(dǎo),其他幾對(duì)的不確定關(guān)系,（07河南鄭州）根據(jù)量子理論，光子的能量滿足關(guān)系式E=pc，其中c為光在真空中的速度，p為光子具有的動(dòng)量。有人設(shè)想利用光子被物體反射時(shí)對(duì)物體產(chǎn)生的壓力作為宇宙探測(cè)器加速的動(dòng)力。探測(cè)器上安裝有面積很大，反射率極高的薄膜，使薄膜正對(duì)太陽。已知太陽光照射到薄膜時(shí)每平方米面積的功率為P0，探測(cè)器和薄膜的總質(zhì)量為m，薄膜面積為S，每個(gè)光子的動(dòng)量為p,不考慮萬有引力等其他力的作用，試求：,經(jīng)過時(shí)間t,照射到探測(cè)器薄膜表面的光子數(shù)：探測(cè)器的加速度有多大。,（05全國）1、圖中畫出了氫原子的4個(gè)能級(jí)，并注明了相應(yīng)的能量E。處在n=4的能級(jí)的一群氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，能夠發(fā)出若干種不同頻率的光子波。已知金屬鉀的逸出功為2.22eV。在這些光波中，能夠從金屬鉀的表面打出光電子的總共有（）,A二種B三種C四種D五種,1在經(jīng)典物理學(xué)中，可以同時(shí)用質(zhì)點(diǎn)的_和_精確描述它的運(yùn)動(dòng)，如果知道了質(zhì)點(diǎn)的_，還可以預(yù)言它以后任意時(shí)刻的_和_。,位置,動(dòng)量,加速度,位置,動(dòng)量,2用數(shù)學(xué)方法對(duì)微觀粒子的_進(jìn)行分析可以知道，如果以x表示粒子的_不確定量，以p表示粒子_不確定量，則有_，這就是著名的_。,微觀粒子,位置的,x方向上動(dòng)量的,xp,不確定性關(guān)系,3由不確定關(guān)系可以得出的結(jié)論是（）A如果動(dòng)量的不確定范圍越小，則與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)的不確定范圍就越大B如果坐標(biāo)的不確定范圍越小，則動(dòng)量的不確定范圍就越大C動(dòng)量的不確定范圍和與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)的不確定范圍不成反比關(guān)系D動(dòng)量的不確定范圍和與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)的不確定范圍有唯一確定的關(guān)系,C,4下列關(guān)于不確定關(guān)系說法正確的是（)A只對(duì)微觀粒子適用B只對(duì)宏觀粒子適用C對(duì)微觀和宏觀粒子都適用D對(duì)微觀和宏觀粒子都不適用,A,5有中子衍射技術(shù)中，常用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波波長與晶體中原子間距比較接近。已知中子質(zhì)量為1.6710-27kg，普朗克常量為6.6310-34Js，則可以估算出德布羅意波波長為1.8210-10m的熱中子動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為()A10-17JB10-19JC10-21JD10-24J,C,1、答：例如，火車以一定的速度在一定時(shí)刻經(jīng)過某站，可以準(zhǔn)確確定某位置和動(dòng)量。2、答：電子在原子核外運(yùn)動(dòng)，其位置和動(dòng)量具有不確定關(guān)系，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再成立。,3、答：這種說法不正確。雖然我們不能同時(shí)準(zhǔn)確的知道某個(gè)粒子的位置和動(dòng)量，但粒子的運(yùn)動(dòng)有規(guī)律可循，那就是統(tǒng)計(jì)規(guī)律。比如干涉，衍射的亮斑位置就是粒子出現(xiàn)概率打的位置。4、答：光子的不確定量變大。因?yàn)樵诠獾膯慰p衍射實(shí)驗(yàn)中，狹縫變窄時(shí)，屏上中央亮條紋變寬，衍射現(xiàn)象更明顯。,