2013人教版选修(3-5)《不确定的关系》word教案.doc

1、17.5 不确定关系 新课标要求 （一）知识与技能 1了解不确定关系的概念和相关计算 2了解物理模型与物理现象 （二）过程与方法 经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题， 验证物理规律。 （三）情感、态度与价值观 能领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘， 能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 教学重点 不确定关系的概念 教学难点 对不确定关系的定量应用 教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具： 投影片，多媒体辅助教学设备 课时安排 1 课时 教学过程 （一）引入新课 提问：对光的本性的认识？ 学生思考、回答：光具有

2、波动性和粒子性，是一种概率波。 设疑：既然光是粒子，那么它的运动还遵守牛顿运动定律吗？还能用质点的位置和动 量来描述它的运动吗？ 点评：引发学生的好奇心，激发学习的兴趣。 教师：回答是否定的。光子的运动具有不确定性。这节课我们就来学习有关知识。 （二）进行新课 1德布罗意波的统计解释 1926 年，德国物理学玻恩 （Born ， 1882-1972） 提出了概率波，认为个别微观粒 子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统 计规律。 展示演示文稿资料：玻恩 点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进 行发放教育，有利于培养学生

3、的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。2经典波动 与德布罗意波（物质波）的区别讲述：经典的波动（如机械波、电磁波等）是可以测出的、 实际存在于空间的一种波动。而德布罗意波（物质波）是一种概率波。简单的说，是为了 描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。 3不确定度关系（uncertainty relatoin）经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、 能量等。 微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率） 。 （1）电子衍射中的不确定度 展示演示文稿资料： 如图所示，一束电子以速度 v 沿 oy 轴射向狭缝。 电子在中央主极大区域出现的几率最大。 讲述：在经典力学中，粒子（质点）的运动状态用

4、位置 坐标和动量来描述，而且这两个量都可以同时准确地予以测 定。然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述 呢？ 下面我们以电子通过单缝衍射为例来进行讨论。设 有一束电子沿 oy 轴射向屏 AB 上缝宽为 a 的狭缝，于 是，在照相底片 CD 上，可以观察到如下图所示的衍射 图样。如果我们仍用坐标 x 和动量 p 来描述这一电子的 运动状态，那么，我们不禁要问：一个电子通过狭缝的 瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电子通 过狭缝的瞬时，其坐标 x 为多少?显然，这一问题，我 们无法准确地回答，因为此时该电子究竟在缝上哪一点 通过是无法确定的，即我们不能准

5、确地确定该电子通过 狭缝时的坐标。研究表明：对于第一衍射极小， a1sin 式中 为电子的德布罗意波长。电子的位置和动量分别用 x 和 p 来表示。电子通过狭 缝的瞬间，其位置在 x 方向上的不确定量为 同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量的分量 px 变化越 大。 分析计算可得： 4hpx 式中 h 为普朗克常量。这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。上式表明： 许多相同粒子在相同条件下实验，粒子在同一时刻并不处在同一位置。 用单个粒子重复，粒子也不在同一位置出现。 例题解析： 例 1一颗质量为 10g 的子弹，具有 200ms-1 的速率， 若其动量的不确定范围

6、为动量的 0. 01%(这在宏观范围是十分精确的了 )，则该子弹位 置的不确定量范围为多大?解：子弹的动量 skgmskmvp/0.2/0. 动量的不确定范围 skgmskgp/10.2/1.%1. 44 由不确定关系式 ，得子弹位置的不确定范围4hxmphx 314306.210.264 我们知道，原子核的数量级为 10-15m，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。 可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。 例 2一电子具有 200 m/s 的速率，动量的不确定 范围为动量的 0.01%(这已经足够精确了) ，则该电子的位置不确定范围有多大?解 : 电

7、子的动量为 动量的不确定范围skgmskgmmvp /108./201.923 由不确定关系式，得/./.%0. 3224 电子位置的不确定范围 我们知道原mphx 3324109.108.36 子大小的数量级为 10-10m，电子则更小。在这种情况下，电子位置的不确定范围比原子的 大小还要大几亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。 4微观粒子和宏观物体的特性对比 宏观物体 微观粒子 具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描述。 没有确定的坐标和动量，需用量子力学描述。 有连续可测的运动轨道，可追踪各个物体的 运动轨迹。 有概率分布特性，不可能分辨出各个粒子的 轨迹。 体系能量

8、可以为任意的、连续变化的数值。 能量量子化 。 不确定度关系无实际意义 遵循不确定度关系 5不确定关系的物理意义和微观本质 （1）物理意义： 微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量 越小，动量的x 不确定量 就越大，反之亦然。 （2） 微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分xp 布遵从统计规律的必然结果。 不确定关系式表明： 微观粒子的坐标测得愈准确( ) ，动量就愈不准确 ( ) ；0xxp 微观粒子的动量测得愈准确( ) ，坐标就愈不准确 ( ) 。xp 但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量 测不准；更不是说微观粒子的坐标和动

9、量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同 时测准。 为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准? 这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有 波粒二象性的必然反映。 由以上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的 问题。 不确定关系提供了一个判据： 当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。 当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。 （三）课堂小结 教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记 本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。 学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小 结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。 点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。 教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的 知识框架。 （四）作业：“问题与练习”14 题。 教学体会 思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培 养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。 学生素质的培养就成了镜中花，水中月。