不確定關(guān)系(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上§17.5 不確定關(guān)系【教學目標】（一）知識與技能1了解不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計算2了解物理模型與物理現(xiàn)象（二）過程與方法經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。（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?！局攸c難點】1、重點：不確定關(guān)系的概念 2、難點：對不確定關(guān)系的定量應用【授課內(nèi)容】（一）引入新課提問：對光的本性的認識？學生思考、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

2、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)學生的好奇心，激發(fā)學習的興趣。教師：回答是否定的。光子的運動具有不確定性。這節(jié)課我們就來學習有關(guān)知識。（二）進行新課1不確定性關(guān)系（uncertainty relatoin）經(jīng)典力學：運動物體有完全確定的位置、動量、能量等。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。講述：在經(jīng)典力學中，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

3、也能用確定的坐標和確定的動量來描述呢？下面我們以電子通過單縫衍射為例來進行討論。設(shè)有一束電子沿oy軸射向屏AB上縫寬為a的狹縫，于是，在照相底片CD上，可以觀察到如下圖所示的衍射圖樣。如果我們?nèi)杂米鴺藊和動量p來描述這一電子的運動狀態(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，電子通過狹縫的瞬時，其坐標x為多少?顯然，這一問題，我們無法準確地回答，因為此時該電子究竟在縫上哪一點通過是無法確定的，即我們不能準確地確定該電子通過狹縫時的坐標。研究表明：對于第一衍射極小，式中為電子的德布羅意波長。電子的位置和動量分別用x和p來表示。電子通過狹縫的瞬間，其位置在

4、x 方向上的不確定量為同一時刻，由于衍射效應，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動量的分量 px變化越大。分析計算可得：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：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。用單個粒子重復，粒子也不在同一位置出現(xiàn)。例題解析：例1一顆質(zhì)量為10g 的子彈，具有200m·s-1的速率，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：子彈的動量動量的不確定范圍由不確定關(guān)系式，得子彈位置的不確定范圍我們知道，原子核的數(shù)量級為10-15m，所以，子彈位置的

5、不確定范圍是微不足道的?？梢娮訌椀膭恿亢臀恢枚寄芫_地確定，不確定關(guān)系對宏觀物體來說沒有實際意義。 例2一電子具有200 m/s的速率，動量的不確定范圍為動量的0.01%(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 : 電子的動量為動量的不確定范圍由不確定關(guān)系式，得電子位置的不確定范圍我們知道原子大小的數(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宏觀物體微觀粒子具有確定的坐標和動量，可用牛頓力學描述。沒有確定的坐標和動量，需用量子力學描述。

6、有連續(xù)可測的運動軌道，可追蹤各個物體的運動軌跡。有概率分布特性，不可能分辨出各個粒子的軌跡。體系能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值。能量量子化 。不確定度關(guān)系無實際意義遵循不確定度關(guān)系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越小，動量的不確定量就越大，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： 微觀粒子的坐標測得愈準確() ，動量就愈不準確() ；微觀粒子的動量測得愈準確() ，坐標就愈不準確() 。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

7、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時測準。 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)上是微觀粒子具有波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)和主觀能力的問題。 不確定關(guān)系提供了一個判據(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，那只能用量子力學理論來處理問題。（三）課堂小結(jié)教師活動：讓學生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結(jié)，其他同學在筆記本上總結(jié)，然后請同學評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學生活動：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、比較黑板上的小結(jié)和