高中物理 第五章 經典力學與物理學的革命 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)出波動性的系統(tǒng)。表現(xiàn)出顯著量子效應的量子系統(tǒng)稱為是簡并（退化）的系統(tǒng)，相應的特征溫度稱為簡并溫度（退化溫度）。中文名量子效應外文名Quantum benefit理論簡介根據(jù)量子理論的波粒二象性學說，微觀實物粒子會象光波水波一樣，具有干涉、衍射等波動特征，形成物質波（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規(guī)律的微觀粒子組成，但由于其空間尺度遠遠大于這些微觀粒子的德布羅意波長，微觀粒子量子特性由于統(tǒng)計平均的結果而被掩蓋了。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。然而，在溫度降低或粒子密度變大等特殊條件下，宏觀物體的個體組分會相干地結合起來，通過長程關聯(lián)或重組進入能量較低的量子態(tài)，形成一個有機的整體，使得整個系統(tǒng)表現(xiàn)出奇特的量子性質。例如，原子氣體的玻色-愛因斯坦凝聚、超流性、超導電性和約瑟夫遜效應等都是宏觀量子效應。應用實例微觀粒子呈現(xiàn)出波動性，即粒子的“軌道”已經失去了意義軌道發(fā)生了彌散（模糊）；當彌散的軌道在空間發(fā)生一定的重疊時，各個粒子的幾率分布也有一定的關聯(lián)量子關聯(lián)。因此可以認為產生量子效應的條件是：粒子的de Broglie波長粒子的平均間距時，系統(tǒng)即為量子系統(tǒng)。根據(jù)de Broglie波長 l = h /(2mE) 關系，知道：粒子的質量越小、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。量子關聯(lián)長度粒子的平均間距時，系統(tǒng)即為量子系統(tǒng)。這時粒子的位置x與動量p不能同時確定，位置的不確定度x即可認為是量子關聯(lián)長度；溫度T是影響動量不確定度p 的一個因素：由自由粒子的平動動能p/2m = 3kT/2，得動量不確定度p (3mkT),則位置的不確定度（量子關聯(lián)長度）x h /(3mkT) 。從而見到：溫度越低、粒子質量越小、粒子分布密度越大的系統(tǒng)，越容易呈現(xiàn)出量子效應。量子系統(tǒng)的能量是不連續(xù)（量子化）的。