1、高中物理新人教版選修３- 5系列課件,第十七章《波粒二象性》,17.1《能量量子化：物理學(xué)的新紀(jì)元》,教學(xué)目標(biāo),1、知識與技能：（1）了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射 （2）了解黑體輻射的實驗規(guī)律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關(guān)系（3）了解能量子的概念2、過程與方法：了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認(rèn)識。,3、情感態(tài)度與價值觀：

2、領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！局攸c難點】1、重點: 能量子的概念2、難點: 黑體輻射的實驗規(guī)律,17世紀(jì)明確形成了兩大對立學(xué)說,牛頓,惠更斯,,微粒說,,波動說,,19世紀(jì)初證明了波動說的正確性,,由于波動說沒有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風(fēng),,19世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀(jì)初提出了光子說：光具有粒

3、子性,,,,,,,對光學(xué)的研究,,,從很早就開始了… …,,,能量量子化；物理學(xué)的新紀(jì)元,1、黑體與黑體輻射,熱輻射,固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。,固體在溫度升高時顏色的變化,能全部吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反射，折射和透射的物體稱為絕對黑體。簡稱黑體,不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。,,黑體模型,研究黑

4、體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。,,,,,,,,,2. 黑體輻射實驗規(guī)律,實驗裝置,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,T,平行光管,,,,,,,,,,,三棱鏡,,,T,,,,,,,,,,,,0 1 2 3 4 5 6,,λ,(μm),,,,1700K,1500K,1300K,,1100K,實驗結(jié)果,3.能量子 超

5、越牛頓的發(fā)現(xiàn),ε=hν,輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε. n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。,,能量,量子,經(jīng)典,h=6.626*10-34J.s,,,λ(μm),,,,,,,,,,,1 2 3

6、 5 6 8 9,4,7,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,普朗克,實驗值,,17.2《科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性》,教學(xué)目標(biāo),知識與技能：1．通過實驗了解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。2．知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。3．了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量過程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。3、情感態(tài)度與價值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和

7、諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。【重點難點】1、重點：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律2、難點：愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義,物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一充負(fù)電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，因為1897年，J.Thomson才發(fā)現(xiàn)電子 ，此時，人們認(rèn)識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應(yīng)的效應(yīng)叫做光

8、電效應(yīng)。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進行解釋會出現(xiàn)什么結(jié)果？,第1課時光電效應(yīng) 光子,問題1：回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程？,用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗電器相連），使驗電 器張角增大到約為 30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。。,一、光電效應(yīng)現(xiàn)象,表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電,,,定義：,在光(包括不可見光)的照射下，從物

9、體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。,發(fā)射出來的電子叫做光電子,1.什么是光電效應(yīng),當(dāng)光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。,石英窗,光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電子。,光電子在電場作用下形成光電流。,2.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,1. 光電效應(yīng)實驗,將換向開關(guān)反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。,當(dāng) K、A 間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值 Uc

10、 時，光電流恰為0。 Uc稱遏止電壓。,遏止電壓,,,I,Uc,O,U,光 強 較 弱,光電效應(yīng)伏安特性曲線,光電效應(yīng)實驗裝置,遏止電壓,,,一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,,,,,I,I,s,U,a,O,U,光 強 較 強,光 強 較 弱,光電效應(yīng)伏安特性曲線,光電效應(yīng)實驗裝置,遏止電壓,,飽和電流,,,一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,2. 光電效應(yīng)實驗規(guī)律,①.光電流與光強的關(guān)系,飽和光電流強度與入射光強度成正比。,②.截止頻率?

11、c ----極限頻率,對于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率?c 。,當(dāng)入射光頻率? > ?c 時，電子才能逸出金屬表面；,當(dāng)入射光頻率? < ?c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。,③光電效應(yīng)是瞬時的。從光開始照射到光電逸出所需時間<10-9s。,經(jīng)典理論無法解釋光電效應(yīng)的實驗結(jié)果。,經(jīng)典認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強越大，光波的電場強度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也

12、應(yīng)該越大。也就是說，光電子的能量應(yīng)該隨著光強度的增加而增大，不應(yīng)該與入射光的頻率有關(guān)，更不應(yīng)該有什么截止頻率。,光電效應(yīng)實驗表明：飽和電流不僅與光強有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時，無論光強再大也沒有光電流。,光電效應(yīng)具有瞬時性。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。,為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出

13、了光量子假設(shè)。,3.愛因斯坦的光量子假設(shè),1.內(nèi)容,光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h?的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為? 的光是由大量能量為 ? =h? 光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運動。,在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功A，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽?Ek 。由能量守恒可得出：,2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程,3. 從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻

14、率成線性關(guān)系 4.從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動能為零時，可得極極限頻率：,愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋： 1. 光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。 2. 電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。,由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎。,愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因為它完全違背了光的波動

15、理論。,4.光電效應(yīng)理論的驗證,美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。,愛因斯坦由于對光電效應(yīng)的理論解釋和對理論物理學(xué)的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎,密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎,。,可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。,4.光電

16、效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用,1.光控繼電器,,可對微弱光線進行放大，可使光電流放大105~108 倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。,2.光電倍增管,應(yīng) 用,光電管,,,,,,,,,,,,,,,,,,,光,電源,,,,,電流計,,,I,A,K,第2課時康普頓效應(yīng),1.光的散射,光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射,2.康普頓效應(yīng),1923年康普頓在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實驗

17、時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長 和散射物質(zhì)都無關(guān)。,一.康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：,晶體,光闌,探測器,?0,散射波長?,康普頓正在測晶體對X 射線的散射,按經(jīng)典電磁理論： 如果入射X光是某 種波長的電磁波， 散射光的波長是 不會改變的！,康普頓散射曲線的特點：,1.除原波長?0外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長? 。,2.新波

18、長? 隨散射角的增大而增大。,散射中出現(xiàn) ?≠?0 的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。,波長的偏移為,稱為電子的Compton波長,只有當(dāng)入射波長?0與?c可比擬時，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。,波長的偏移只與散射角? 有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長?0 無關(guān)，,?c = 0.0241Å=2.41?10-3nm（實驗值）,遇到的困難,經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時,

19、2. 無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。,射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。,其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散,過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，,1. 根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通,光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋,康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的,子能量幾乎不變，波長不變。,小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞前后光,光子將與整個原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠(yuǎn),2. 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，,是散射光的波長大于入射光的波長。,部

20、分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于,1. 若光子和外層電子相碰撞，光子有一,結(jié)果，具體解釋如下：,3. 因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度,有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。,光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋,三.康普頓散射實驗的意義,（1）有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)；,（2）首次在實驗上證實了“光子具有動量” 的假設(shè)；,（3）證實了在微觀世界的單個碰撞事件中， 動量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普頓的成功也不是

21、一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認(rèn)識到還要用動量守恒。,康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。,康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎,(1892-1962)美國物理學(xué)家,1927,1925—1926年，吳有訓(xùn)用銀的X射線(?0 =5.62nm) 為入射線, 以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)，,四、吳有訓(xùn)對研究康普頓效應(yīng)的貢獻,1923年,參

22、加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.,對證實康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻。,在同一散射角( )測量各種波長的散射光強度，作了大量 X 射線散射實驗。,光子的能量和動量,,動量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的,17.3《嶄新的一頁：粒子的波動性》,教學(xué)目標(biāo),1、知識與技能：了解光的波粒二象性；了解粒子的波動性．2、過程與方法： 培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析能力。3、情感態(tài)度與價值觀：

23、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，正確地獲取知識的方法?！局攸c難點】1、重點：粒子波動性的理解2、難點：對德布羅意波的實驗驗證,德布羅意波 波粒二象性,,一、德布羅意的物質(zhì)波,德布羅意 (due de Broglie, 1892-1960),,德布羅意原來學(xué)習(xí)歷史，后來改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點，用對比的方法分析問題。 1923年，德布羅意試圖把粒子性和波動性統(tǒng)一起來。1924年，在博士論文《關(guān)于量子理論的研究

24、》中提出德布羅意波,同時提出用電子在晶體上作衍射實驗的想法。 愛因斯坦覺察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽之為“揭開一幅大幕的一角”。,法國物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，波動力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。,能量為E、動量為p的粒子與頻率為v、波長為?的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：,E=mc2=hv,這種和實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波(物質(zhì)波或概率波),其波長?稱為德布羅意波長。,,一切實物粒子都有波

25、動性 　　后來，大量實驗都證實了：質(zhì)子、中子和原子、分子等實物微觀粒子都具有波動性，并都滿足德布洛意關(guān)系?！∫活w子彈、一個足球有沒有波動性呢？　 質(zhì)量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子彈的德布洛意波長為　　　　　　 計算結(jié)果表明，子彈的波長小到實驗難以測量的程度。所以，宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性。,由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運動著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個運動著

26、的物體都有一種波與它對應(yīng)，該波的波長λ= 。,【例1】試估算一個中學(xué)生在跑百米時的德布羅意波的波長。,解：估計一個中學(xué)生的質(zhì)量m≈50kg ，百米跑時速度v≈7m/s ，則,由計算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動性。,,例題2 (1)電子動能Ek=100eV；(2)子彈動量p=6.63×106kg.m.s-1, 求德布羅意波長。,解 (1)因電子動能較小，速度較小，可用非相對論公

27、式求解。,=1.23Å,(2)子彈:,h= 6.63×10-34,= 1.0×10-40m,可見，只有微觀粒子的波動性較顯著；而宏觀粒子(如子彈)的波動性根本測不出來。,一個質(zhì)量為m的實物粒子以速率v 運動時，即具有以能量E和動量P所描述的粒子性，同時也具有以頻率n和波長l所描述的波動性。,德布羅意關(guān)系,L.V.德布羅意 電子波動性的理論研究,1929諾貝爾物理學(xué)獎,C.J.戴維孫 通過實驗發(fā)現(xiàn)晶體對電

28、子的衍射作用,1937諾貝爾物理學(xué)獎,X射線經(jīng)晶體的衍射圖,電子射線經(jīng)晶體的衍射圖,電子顯微鏡,17.4《概率波》,教學(xué)目標(biāo),（一）知識與技能1．了解微粒說的基本觀點及對光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題．2．了解波動說的基本觀點及對光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題．3．了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的，了解光既有波動性，又有粒子性．4．了解光是一種概率波．（二）過程與方法1．領(lǐng)悟什么是概率波2．了解物理學(xué)中物理模型的特點初步掌握科

29、學(xué)抽象這種研究方法3．通過數(shù)形結(jié)合的學(xué)習(xí)，認(rèn)識數(shù)學(xué)工具在物理科學(xué)中的作用,（三）情感、態(tài)度與價值觀理解人類對光的本性的認(rèn)識和研究經(jīng)歷了一個十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程．根據(jù)事實建立學(xué)說，發(fā)展學(xué)說，或是決定學(xué)說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實，再建立新的學(xué)說．人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認(rèn)識光的本性的．【重點難點】1、重點：人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程．2、難點：對量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解,?

30、 電子雙縫衍射,1) 用足夠強的電子束進行雙縫衍射 ?,—— 出現(xiàn)了明暗相間的衍射條紋，體現(xiàn)電子的波動性,—— 衍射條紋掩飾了電子的粒子性 未能體現(xiàn)電子在空間分布的概率性質(zhì),—— 得到的結(jié)果與光的雙縫衍射結(jié)果一樣,? 物質(zhì)波不是經(jīng)典波,—— 經(jīng)典的波是介質(zhì)中質(zhì)元共同振動的形成的 雙縫衍射中體現(xiàn)為無論電子強度多么弱 屏幕上出現(xiàn)的是強弱連續(xù)分布的衍射條紋,—— 實際上在電子強度弱

31、的情形中 電子在屏幕上的分布是隨機的，完全不確定的,? 微觀粒子不是經(jīng)典粒子,—— 經(jīng)典粒子雙縫衍射,—— 子彈可以看作是經(jīng)典粒子 假想用機關(guān)槍掃射雙縫A和B，屏幕C收集子彈數(shù)目,1) 將狹縫B擋住,—— 子彈通過A在屏幕C上有一定的分布,—— 類似于單縫衍射的中央主極大P1 —— 子彈落在中央主極大范圍的概率分布,2) 將狹縫A 擋住,—— 子彈通過狹縫B在屏幕C上有一定的分布,—

32、— 類似于單縫衍射的中央主極大P2 —— 子彈落在中央主極大范圍的概率分布,3) A和B狹縫同時打開,—— 子彈是經(jīng)典粒子 原來通過A狹縫的子彈 —— 還是通過A 原來通過B狹縫的子彈 —— 還是通過B,屏幕C上子彈的概率分布,不因兩個狹縫同時打開每顆子彈會有新的選擇！,—— 電子雙縫衍射,—— 電子槍發(fā)射出的電子，在屏幕P上觀察電子數(shù)目,1) 將狹縫B擋住,—— 電子通過狹縫A

33、 在屏幕C有一定分布—— 類似于單縫衍射 的中央主極大,3）A和B狹縫同時打開,—— 如果電子是經(jīng)典粒子 原來通過A狹縫的電子 —— 還是通過A 原來通過B狹縫的電子 —— 還是通過B,屏幕上電子的概率分布,屏幕C —— 實際觀察到類似光的雙縫衍射條紋,屏幕C上電子的概率分布,—— 只開一個狹縫和同時開兩個狹縫 電子運動的方向具有隨機性 ?,—— A

34、和B狹縫同時開時 電子似乎“知道” 兩個狹縫都打開！,雙縫和屏幕之間 —— 到底發(fā)生了什么？屏幕上電子的分布 —— 有了新的概率分布,電子 —— 不是經(jīng)典粒子,光子在某處出現(xiàn)的概率由光在該處的強度決定,I 大 光子出現(xiàn)概率大,I小 光子出現(xiàn)概率小,統(tǒng)一于概率波理論,光子在某處出現(xiàn)的概率和該處光振幅的平方成正比,,17.5《不確定的關(guān)系》,教學(xué)目標(biāo),（一）知識與技能1．了解不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計

35、算．2．了解物理模型與物理現(xiàn)象（二）過程與方法經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。（三）情感、態(tài)度與價值觀能領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。【重點難點】1、重點：不確定關(guān)系的概念 2、難點：對不確定關(guān)系的定量應(yīng)用,玻恩(M. Born. 1882-1970)德國物理 學(xué)家。1926年提出波函數(shù)的統(tǒng)

36、計意義。為此與博波(W.W.G Bothe. 1891-1957)共享1954年諾貝爾物理學(xué)獎。,玻 恩,M. Born.,一、德布羅意波的統(tǒng)計解釋,1926年，德國物理學(xué)玻恩 (Born , 1882--1972) 提出了概率波，認(rèn)為個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)計規(guī)律。,二.經(jīng)典波動與德布羅意波(物質(zhì)波)的區(qū)別,經(jīng)典的波動(如機械波、電磁波等)是可以測出的、實際存在于空間的一

37、種波動。 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性而引入的一種方法。,不確定度關(guān)系（uncertainty relatoin),在經(jīng)典力學(xué)中，粒子（質(zhì)點）的運動狀態(tài)用位置坐標(biāo)和動量來描述，而且這兩個量都 可以同時準(zhǔn)確地予以測定。然而，對于具有二象性的微觀粒子來說，是否也能用確定的坐標(biāo)和確定的動量來描述呢？下面我們以電子通過單縫衍射為例來進行討論。設(shè)有一束電子沿 軸射向屏AB上縫寬為

38、 的狹縫，于是，在照相底片CD上，可以觀察到如下圖所示的衍射圖樣。如果我們?nèi)杂米鴺?biāo) 和動量 來描述這一電子的運動狀態(tài)，那么，我們不禁要問：一個電子通過狹縫的瞬時，它是從縫上哪一點通過的呢?也就是說，電子通過狹縫的瞬時，其坐標(biāo) 為多少?顯然，這一問題，我們無法準(zhǔn)確地回答，因為此時該電子究竟在縫上哪一點通過是無法確定的，即我們不能準(zhǔn)確地確定該電子通過狹縫時的坐標(biāo)。,同一時刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動量的分量 P

39、x變化越大。,,分析計算可得:,①許多相同粒子在相同條件下實驗,粒子在同一時刻并不處在同一位置。,②用單個粒子重復(fù),粒子也不在同一位置出現(xiàn)。,不確定性關(guān)系,經(jīng)嚴(yán)格證明應(yīng)為：,這就是著名的海森伯測不準(zhǔn)關(guān)系式,（約化普朗克常量）,能量與時間的不確定關(guān)系：,原子在激發(fā)態(tài)的平均壽命 相應(yīng)地所處能級的能量值一定有一不確定量。,稱為激發(fā)態(tài)的能級寬度。,我們知道，原子核的數(shù)量級為10-15m，

40、所以，子彈位置的不確定范圍是微不足道的?？梢娮訌椀膭恿亢臀恢枚寄芫_地確定，不確定關(guān)系對宏觀物體來說沒有實際意義。,例1.一顆質(zhì)量為10g 的子彈，具有200m·s-1的速率，若其動量的不確定范圍為動量的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?,解:  子彈的動量,動量的不確定范圍,由不確定關(guān)系式(17-17)，得子彈位置的不確定范圍,我們知道原子大小的數(shù)量級為10-10m，電

41、子則更小。在這種情況下，電子位置的不確定范圍比原子的大小還要大幾億倍，可見企圖精確地確定電子的位置和動量已是沒有實際意義。,例2 . 一電子具有200 m/s的速率，動量的不確定范圍為動量的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?,解 : 電子的動量為,動量的不確定范圍,由不確定關(guān)系式，得電子位置的不確定范圍,宏觀物體 微觀粒子具有確定的坐

42、標(biāo)和動量 沒有確定的坐標(biāo)和動量可用牛頓力學(xué)描述。 需用量子力學(xué)描述。 有連續(xù)可測的運動軌道，可 有概率分布特性，不可能分辨 追蹤各個物體的運動軌跡。 出各個粒子的軌跡。體系能量可以為任意的、連 能量量子化 。續(xù)變化的數(shù)值。不確定度關(guān)系無實際意義 遵循不確定度關(guān)系,,,,,,,,微觀粒子和宏觀物體的特性對比,不確定關(guān)系式表明： １．

43、微觀粒子的坐標(biāo)測得愈準(zhǔn)確(? x?0) ，動量就愈不準(zhǔn)確(?px??) ； 微觀粒子的動量測得愈準(zhǔn)確(?px?0) ，坐標(biāo)就愈不準(zhǔn)確(? x??) 。 但這里要注意，不確定關(guān)系 不是說微觀粒子的坐標(biāo)測不準(zhǔn)； 也不是說微觀粒子的動量測不準(zhǔn)； 更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量都測不準(zhǔn)； 而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時測準(zhǔn)。,這是因為微觀粒子的坐標(biāo)

44、和動量本來就不同時具有確定量。 這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性的必然反映。 由上討論可知，不確定關(guān)系是自然界的一條客觀規(guī)律,不是測量技術(shù)和主觀能力的問題。 ３．不確定關(guān)系提供了一個判據(jù)： 當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運動。 當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時，那只能用量子力學(xué)理論來處理問題。,２．為什么微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能