2013人教版选修(3-5)《不确定的关系》word教案

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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(

2、一)引入新课提问:对光的本性的认识?学生思考、回答:光具有波动性和粒子性,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

3、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(uncertaintyrelatoin)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

4、(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

5、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,sin1a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xa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:h

6、xp4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:①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。②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200m·s-1的速率,若其动量的不确定范围为动量的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pmv0.01200kgm/s2.0kgm/s44动量的不确定范围p0.01%p1.0102kgm/s2.0

7、10kgm/sh由不确定关系式xp,得子弹位置的不确定范围434h6.631031xm2.610m44p43.142.01015我们知道,原子核的数量级为10-m,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200m/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:电子的动量为3128pmv9.110200kgm/s

8、1.810kgm/s动量的不确定范围42832p0.01%p1.0101.810kgm/s1.810kgm/s由不确定关系式,得34h6.63103电子位置的不确定范围xm2.910m我们知道原324p43.141.810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

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