高中物理競賽不確定關(guān)系課件

不確定關(guān)系

2德國理論物理學(xué)家。他在1925年為量子力學(xué)的創(chuàng)立作出了最早的貢獻(xiàn)，于26歲時(shí)提出的不確定關(guān)系，與玻恩的波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋共同奠定了量子力學(xué)詮釋的物理基礎(chǔ)。為此，他于1932年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。海森伯（W.K.Heisenberg）1901--1976不確定關(guān)系一、位置與動(dòng)量的不確定關(guān)系以電子束單縫衍射為例：.........3電子如何進(jìn)入中央明紋區(qū)的？位置不確定量：4考慮次級(jí)明紋更一般的推導(dǎo)位置與動(dòng)量間的不確定關(guān)系：推廣得坐標(biāo)的不確定量該方向上動(dòng)量分量的不確定量5位置完全確定動(dòng)量分量完全不確定粒子如何運(yùn)動(dòng)？“軌道”概念失去意義動(dòng)量完全確定位置完全不確定粒子在何處？物理意義：1）微觀粒子運(yùn)動(dòng)過程中，其坐標(biāo)的不確定量與該方向上動(dòng)量分量的不確定量相互制約6與經(jīng)典描述比較（以一維運(yùn)動(dòng)為例）經(jīng)典描述量子描述狀態(tài)參量軌跡相空間狀態(tài)變化圖形完全確定確定失去意義點(diǎn)相格線帶7物理意義：2）微觀粒子永遠(yuǎn)不可能靜止——存在零點(diǎn)能，否則，x和均有完全確定的值，違反不確定關(guān)系。（熱運(yùn)動(dòng)不可能完全停止，0K不能實(shí)現(xiàn)）海森伯的原理只是發(fā)出警告的路牌：“普通的語言只能應(yīng)用到這里為止”，當(dāng)你走到原子領(lǐng)域時(shí)，就會(huì)遇到麻煩。－－－維斯科夫8時(shí)間和能量的不確定關(guān)系粒子能量不確定量與其壽命的不確定量互相制約。激發(fā)態(tài)E不穩(wěn)定解釋原子譜線寬度：EE0E9不確定關(guān)系的物理實(shí)質(zhì)1.說明用經(jīng)典方式來描述微觀客體是不可能完全準(zhǔn)確的，經(jīng)典模型不適用于微觀粒子。借用經(jīng)典手段來描述微觀客體時(shí)，必須對(duì)經(jīng)典概念的相互關(guān)系和結(jié)合方式加以限制。不確定關(guān)系就是這種限制的定量關(guān)系。注意：不確定關(guān)系不是實(shí)驗(yàn)誤差，不是由于理論不完善或儀器不準(zhǔn)確引起的。不確定關(guān)系是微觀粒子波粒二象性的直接結(jié)果，是微觀粒子的內(nèi)稟屬性。10該問題可用經(jīng)典力學(xué)處理，否則要用量子力學(xué)處理。由可同時(shí)取零可同時(shí)確定2.給出了宏觀與微觀物理世界的界限，經(jīng)典粒子模型可應(yīng)用的限度11不確定關(guān)系的本質(zhì)含義是：任何一對(duì)廣義動(dòng)量與廣義坐標(biāo)在理論上不可能同時(shí)具有確定值量子力學(xué)中任何一對(duì)廣義動(dòng)量與廣義坐標(biāo)之乘積都滿足不確定關(guān)系不確定關(guān)系只有在量子系統(tǒng)中才明顯表現(xiàn)出來說明：不能單純以物理對(duì)象是否十分“微小”來判定該系統(tǒng)屬于經(jīng)典系統(tǒng)或量子系統(tǒng)，而必須依據(jù)其作用量是否與相當(dāng)來判定。12類比：相對(duì)論中，長度、壽命、質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果反映了客體與作為參考的慣性系間的關(guān)系。僅在“課堂”條件下觀察，不可能了解某同學(xué)在運(yùn)動(dòng)方面的特長。不同的實(shí)驗(yàn)裝置決定了不同的可測(cè)量，顯示出客體某些方面的特性而抑制其它方面的特性顯示粒子性抑制波動(dòng)性顯示波動(dòng)性抑制粒子性13解：設(shè)光子沿x

方向運(yùn)動(dòng)由又求：光子位置的不確定量例已知：142、引入聯(lián)系波動(dòng)性和粒子性的德布羅意關(guān)系且令：得推廣：三維自由粒子波函數(shù)描述自由粒子狀態(tài)的波函數(shù)共軛波函數(shù)一維自由粒子波函數(shù)可用復(fù)數(shù)表示為：（取實(shí)部）153、波函數(shù)的強(qiáng)度——模的平方波函數(shù)與其共軛復(fù)數(shù)的積例：一維自由粒子：二、波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋光柵衍射電子衍射類比16I大處:到達(dá)光子數(shù)多I小處:到達(dá)光子數(shù)少I=0:無光子到達(dá)各光子起點(diǎn)、終點(diǎn)、路徑均不確定用I對(duì)屏上光子數(shù)分布作概率性描述各電子起