測不準關(guān)系教案2普通高中課程標準實驗教科書—物理(選修3－5)新課標要求(1)了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認識。(2)通過實驗了解光電效應(yīng)。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。(3)了解康普頓效應(yīng)。(4)根據(jù)實驗說明光的波粒二象性。知道光是一種概率波。(5)知道實物粒子具有波動性。知道電子云。初步了解不確定性關(guān)系。(6)通過典型事例了解人類直接經(jīng)驗的局限性。體會人類對世界的探究是不斷深入例1通過電子衍射實驗，初步了解微觀粒子的波粒二象性，體會人類對于物質(zhì)世界認．活動建議閱讀有關(guān)微觀世界的科普讀物，寫出讀書體會。新課程學(xué)習★新課標要求(一)知識與技能2．了解物理模型與物理現(xiàn)象(二)過程與方法經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認識科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，(三)情感、態(tài)度與價值觀能領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！锝虒W(xué)重點不確定關(guān)系的概念★教學(xué)難點對不確定關(guān)系的定量應(yīng)用★教學(xué)方法教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備★課時安排★教學(xué)過程(一)引入新課提問：對光的本性的認識學(xué)生思考、回答：光具有波動性和粒子性，是一種概率波。設(shè)疑：既然光是粒子，那么它的運動還遵守牛頓運動定律嗎還能用質(zhì)點的位置和動量來描述它的運動嗎點評：引發(fā)學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)習的興趣。教師：回答是否定的。光子的運動具有不確定性。這節(jié)課我們就來學(xué)習有關(guān)知識。(二)進行新課1．德布羅意波的統(tǒng)計解釋Born)提出了概率波，認為個別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)展示演示文稿資料：玻恩點評：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學(xué)生進行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神。2．經(jīng)典波動與德布羅意波(物質(zhì)波)的區(qū)別講述：經(jīng)典的波動(如機械波、電磁波等)是可以測出的、實際存在于空間的一種波動。而德布羅意波(物質(zhì)波)是一種概率波。簡單的說，是為了描述微觀粒子的波動性而引入的一種方法。3．不確定度關(guān)系(uncertaintyrelatoin)經(jīng)典力學(xué)：運動物體有完全確定的位置、動量、能量等。微微觀粒子：位置、動量等具有不確定量(概率)。(1)電子衍射中的不確定度展示演示文稿資料：如圖所示，一束電子以速度v沿oy軸射向狹縫。電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。34講述：在經(jīng)典力學(xué)中，粒子(質(zhì)點)的運動狀態(tài)用位置坐標和動量來描述，而且這兩個量都可以同時準確地予以測定。然而，對于具有二象性的微觀粒子來說，是否也能用確定的坐標和確定的動量來描述呢下面下面我們以電子通過單縫衍射為例來進行討論。設(shè)是，在照相底片CD上，可以觀察到如下圖所示的衍射運動狀態(tài)，那么，我們不禁要問：一個電子通過狹縫的瞬時，它是從縫上哪一點通過的呢也就是說，電子通過法準確地回答，因為此時該電子究竟在縫上哪一點通過x為x=a同一時刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動量的分量px變化越式中h為普朗克常量。這就是著名的不確定性關(guān)系，簡稱不確定關(guān)系。上式表明：①許多相同粒子在相同條件下實驗，粒子在同一時刻并不處在同一位置。②用單個粒子重復(fù)，粒子也不在同一位置出現(xiàn)。例題解析：若其動量的不確定范圍為動量的0.01%(這在宏觀范圍是十分精確的了)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大解：子彈的動量由不確定關(guān)系式由不確定關(guān)系式xp，得子彈位置的不確定范圍5我們知道，原子核的數(shù)量級為10-15m，所以，子彈位置的不確定范圍是微不足道的。可見子彈的動量和位置都能精確地確定，不確定關(guān)系對宏觀物體來說沒有實際意義。范圍為動量的%(這已經(jīng)足夠精確了)，則該電子的位置不確定范圍有多大解:電子的量為式，得電子位置的不確定范圍x=h知道原子大小的數(shù)量級為10-10m，電子則更小。在這種情況下，電子位置的不確定范圍比原子的大小還要大幾億倍，可見企圖精確地確定電子的位置和動量已是沒有實際意義。4．微觀粒子和宏觀物體的特性對比微觀粒微觀粒子沒有確定的坐標和動量，需用量子力學(xué)描有概率分布特性，不可能分辨出各個粒子的能量量子化。遵循不確定度關(guān)系宏觀物體具有確定的坐標和動量，可用牛頓力學(xué)描有連續(xù)可測的運動軌道，可追蹤各個物體的體系能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值。不確定度關(guān)系無實際意義5．不確定關(guān)系的物理意義和微觀本質(zhì)(1)物理意義：微觀粒子不可能同時具有確定的位置和動量。粒子位置的不確定量x越小，動量的不確定量p就越大，反之亦然。(2)微觀本質(zhì)：是微觀粒子的波粒二象性及粒子空間x分布遵從統(tǒng)計規(guī)律的必然結(jié)果。不確定關(guān)系式表明：①微觀粒子的坐標測得愈準確(x0)，動量就愈不準確(p)；x微觀粒子的動量測得愈準確(p0)，坐標就愈不準確(x)。x6但這里要注意，不確定關(guān)系不是說微觀粒子的坐標測不準；也不是說微觀粒子的動量測不準；更不是說微觀粒子的坐標和動量都測不準；而是說微觀粒子的坐標和動量不能同②為什么微觀粒子的坐標和動量不能同時測準這是因為微觀粒子的坐標和動量本來就不同時具有確定量。這本質(zhì)上是微觀粒子具有粒二象性的必然反映。由以上討論可知，不確定關(guān)系是自然界的一條客觀規(guī)律，不是測量技術(shù)和主觀能力的提供了一個判據(jù)：當不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運動。當不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時，那只能用量子力學(xué)理論來處理問題。(三)課堂小結(jié)教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動：認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他