高中物理 第五章 經(jīng)典力學(xué)與物理學(xué)的革命 第3節(jié) 量子化現(xiàn)象素材 粵教版必修2（通用）

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1、第3節(jié) 量子化現(xiàn)象 量子效應(yīng)是在超低溫等某些特殊條件下，由大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)呈現(xiàn)出的整體量子現(xiàn)象。而量子系統(tǒng)即是其中微觀粒子呈現(xiàn)出波動(dòng)性的系統(tǒng)。表現(xiàn)出顯著量子效應(yīng)的量子系統(tǒng)稱為是簡(jiǎn)并（退化）的系統(tǒng)，相應(yīng)的特征溫度稱為簡(jiǎn)并溫度（退化溫度）。中文名量子效應(yīng)外文名Quantum benefit理論簡(jiǎn)介根據(jù)量子理論的波粒二象性學(xué)說，微觀實(shí)物粒子會(huì)象光波水波一樣，具有干涉、衍射等波動(dòng)特征，形成物質(zhì)波（或稱德布羅意波）。但日常所見的宏觀物體，雖然是由服從這種量子力學(xué)規(guī)律的微觀粒子組成，但由于其空間尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些微觀粒子的德布羅意波長(zhǎng)，微觀粒子量子特性由于統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果而被掩蓋了。因此，在通常的條件下

2、，宏觀物體整體上并不出現(xiàn)量子效應(yīng)。然而，在溫度降低或粒子密度變大等特殊條件下，宏觀物體的個(gè)體組分會(huì)相干地結(jié)合起來(lái)，通過長(zhǎng)程關(guān)聯(lián)或重組進(jìn)入能量較低的量子態(tài)，形成一個(gè)有機(jī)的整體，使得整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)出奇特的量子性質(zhì)。例如，原子氣體的玻色-愛因斯坦凝聚、超流性、超導(dǎo)電性和約瑟夫遜效應(yīng)等都是宏觀量子效應(yīng)。應(yīng)用實(shí)例微觀粒子呈現(xiàn)出波動(dòng)性，即粒子的“軌道”已經(jīng)失去了意義軌道發(fā)生了彌散（模糊）；當(dāng)彌散的軌道在空間發(fā)生一定的重疊時(shí)，各個(gè)粒子的幾率分布也有一定的關(guān)聯(lián)量子關(guān)聯(lián)。因此可以認(rèn)為產(chǎn)生量子效應(yīng)的條件是：粒子的de Broglie波長(zhǎng)粒子的平均間距時(shí)，系統(tǒng)即為量子系統(tǒng)。根據(jù)de Broglie波長(zhǎng) l = h /(2mE) 關(guān)系，知道：粒子的質(zhì)量越小、能量越低、分布密度越大的系統(tǒng)，越容易呈現(xiàn)出量子效應(yīng)。量子關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度粒子的平均間距時(shí)，系統(tǒng)即為量子系統(tǒng)。這時(shí)粒子的位置x與動(dòng)量p不能同時(shí)確定，位置的不確定度x即可認(rèn)為是量子關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度；溫度T是影響動(dòng)量不確定度p 的一個(gè)因素：由自由粒子的平動(dòng)動(dòng)能p/2m = 3kT/2，得動(dòng)量不確定度p (3mkT),則位置的不確定度（量子關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度）x h /(3mkT) 。從而見到：溫度越低、粒子質(zhì)量越小、粒子分布密度越大的系統(tǒng)，越容易呈現(xiàn)出量子效應(yīng)。量子系統(tǒng)的能量是不連續(xù)（量子化）的。