2021-2022学年高二物理竞赛课件：不确定关系.pptx

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1、不确定关系12海森伯海森伯(W.K.Heisenberg，19011976）1927年提出年提出“不确定关系不确定关系”，为核物理学和（基本）粒子物理学为核物理学和（基本）粒子物理学准备了理论基础；于准备了理论基础；于1932年获得诺年获得诺贝尔物理学奖贝尔物理学奖.德国理论物理学家德国理论物理学家.建立了新建立了新力学理论的数学方案，为量子力力学理论的数学方案，为量子力学的创立作出了贡献学的创立作出了贡献.3一一 海森伯坐标和动量的不确定关系海森伯坐标和动量的不确定关系 一级最小衍射角一级最小衍射角 电子经过缝时的电子经过缝时的位置位置不确定不确定 用电子衍射说明不用电子衍射说明不确定关系确

2、定关系电子的单缝衍射实验电子的单缝衍射实验4 电子经过缝后电子经过缝后 x 方向动量不确定方向动量不确定电子的单缝衍射实验电子的单缝衍射实验5 海森伯于海森伯于 1927 年提出不确定原理年提出不确定原理 对于微观粒子对于微观粒子不不能能同时同时用确定的位置和用确定的位置和确定的动量来描述确定的动量来描述.不确定关系不确定关系考虑衍射次级有考虑衍射次级有6 (2)不确定的根源是不确定的根源是“波粒二象性波粒二象性”这是这是微观粒子的根本属性微观粒子的根本属性.(3)对对宏观宏观粒子，因粒子，因 很小，很小，可视为位置和动量可视为位置和动量能同时能同时准确测量准确测量.(1)微观粒子微观粒子同一

3、同一方向上的坐标与动量方向上的坐标与动量不可同时不可同时准确测量，它们的精度存在一个终准确测量，它们的精度存在一个终极的不可逾越的限制极的不可逾越的限制.物理意义物理意义7 对于微观粒子，对于微观粒子，h 不能忽略，不能忽略，x、px 不不能同时具有确定值能同时具有确定值.此时，只有从概率统计此时，只有从概率统计角度去认识其运动规律角度去认识其运动规律.在量子力学中，将在量子力学中，将用波函数来描述微观粒子用波函数来描述微观粒子.不确定关系是量子力学的基础不确定关系是量子力学的基础.8解解 子弹的动量子弹的动量动量的不确定范围动量的不确定范围其动量的不确定范围为动量的其动量的不确定范围为动量的

4、 (这在这在宏观范围是十分精确的宏观范围是十分精确的)，该子弹位置的该子弹位置的不确定量范围为多大？不确定量范围为多大？例例 1 质量质量10 g 的子弹，速率的子弹，速率 .9位置的不确定范围位置的不确定范围 例例2 一电子具有一电子具有 的速率，的速率，动动量的不确范围为动量的量的不确范围为动量的 0.01%(这也是足这也是足够精确的了够精确的了)，则该电子的位置不确定范围，则该电子的位置不确定范围有多大？有多大？10解解 电子的动量电子的动量 动量的不确定范围动量的不确定范围位置的不确定范围位置的不确定范围 19 19 世纪末，物理学有了相当的发展，几个主世纪末，物理学有了相当的发展，几

5、个主要部门要部门力学、热力学和分子运动论、电磁学力学、热力学和分子运动论、电磁学以及光学，都已经建立了完整的理论体系，在应以及光学，都已经建立了完整的理论体系，在应用上也取得了巨大成果。用上也取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶，伟大的发现不会再有了，到顶，伟大的发现不会再有了，以后的任务无以后的任务无非是在细节上作些补充和修正，使常数测得更非是在细节上作些补充和修正，使常数测得更精确而已。精确而已。世纪之交物理学的发展世纪之交物理学的发展 然而，从实验上陆续出现了一系列重大发现，然而，从实验上陆续出现了一系列重大发现，打破了沉闷的空气，

6、把人们的注意力引向更深打破了沉闷的空气，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命的序幕。命的序幕。从伦琴发现从伦琴发现X 射线的射线的1895 年开始，到年开始，到1905年爱因斯坦发表三篇著名论文为止，在这年爱因斯坦发表三篇著名论文为止，在这10 年左右世纪之交的年代里，具有重大意义的实年左右世纪之交的年代里，具有重大意义的实验发现如下：验发现如下：X X射线、放射性和电子是世纪之交的三大发现。射线、放射性和电子是世纪之交的三大发现。意义如下：意义如下：（1 1）由于由于X X射线与原子中内层电子的跃迁射线与原子中内层电子的跃迁

7、有关，这说明了原子存在未知结构，物理学有关，这说明了原子存在未知结构，物理学还存在亟待研究的领域。还存在亟待研究的领域。X X射线本身在医疗、研究物质结构等方面射线本身在医疗、研究物质结构等方面都有很多的实用价值。都有很多的实用价值。（2 2）贝克勒尔射线的发现，是人类）贝克勒尔射线的发现，是人类第一次发现某些元素自身也具有自发第一次发现某些元素自身也具有自发辐射现象，引起了人们对原子核问题辐射现象，引起了人们对原子核问题的关注。的关注。（3 3）电子是原子的组成部分，是物质）电子是原子的组成部分，是物质的更基本的单元。这是一个非常重要的更基本的单元。这是一个非常重要的结论。原子不可分的传统观

8、念彻底的结论。原子不可分的传统观念彻底破灭了。破灭了。经典物理学的两朵乌云经典物理学的两朵乌云 1919世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上，世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上，英国著名物理学家英国著名物理学家W W汤姆生汤姆生（即开尔文男爵）发表了新年祝（即开尔文男爵）发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。落成，所剩只是一些修饰工作。同时，他在展望同时，他在展望2020世纪物理学前景时，却若有所思地讲世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：道：“动力理论肯定了热和光是运

9、动的两种方式，现在，它动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它美丽而晴朗的天空却被美丽而晴朗的天空却被两朵乌云两朵乌云笼罩了，笼罩了，”“第一朵乌云出第一朵乌云出现在光的波动理论上，现在光的波动理论上，”“第二朵乌云出现在关于能量均分第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。玻尔兹曼理论上。”W W汤姆生在汤姆生在19001900年年4 4月发表了题为月发表了题为1919世纪热和光的动力学理论上空的乌云世纪热和光的动力学理论上空的乌云的文的文章。他所说的章。他所说的第一朵乌云第一朵乌云，主要是指，主要是指A A迈迈克尔孙实验结果和以太漂移说相矛盾克尔孙实验结果和以太漂移说相矛盾；他所；他所说的说的第二朵乌云第二朵乌云，主要是指热学中的能量均，主要是指热学中的能量均分定则在气体比热以及辐射能谱的理论解释分定则在气体比热以及辐射能谱的理论解释中得出与实验不等的结果，其中尤以中得出与实验不等的结果，其中尤以黑体辐黑体辐射理论出现的射理论出现的“紫外灾难紫外灾难”最为突出。最为突出。