1不確定性關(guān)系學案

第十七章波粒二象性§不確定性關(guān)系學案一．學習目標1.知道測不準關(guān)系上微觀粒子運動規(guī)律.2.了解位置和動量的測不準關(guān)系ΔxΔp≥h/4π.3.了解能量和時間的測不準關(guān)系ΔEΔt≥h/4π.二．重點難點1.重點：測不準關(guān)系.2.難點：聯(lián)系實驗事實了解測不準關(guān)系.三．學法指導本節(jié)課通過講述一些物理史的內(nèi)容培養(yǎng)學生的學習興趣和了解科學家為科學獻身的精神，樹立刻苦鉆研，勤奮好學的決心.了解科學理論都有其適用的范圍.了解自然科學發(fā)展的規(guī)律.經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應(yīng)用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。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的。首先把本節(jié)課的內(nèi)容認真的看一遍，最后完成本學案。四．自主學習（一）觀看光的衍射的彩色投影片通過演示兩個衍射圖樣比較發(fā)現(xiàn)a越小越大。（二）引出位置和動量的測不準關(guān)系對于微觀粒子的運動，如果以表示粒子位置的不確定量，以表示粒子在方向上的動量的不確定量，那么就有，式中是普朗克常量。我們把這種關(guān)系叫做不確定關(guān)系。這就是著名的不確定性關(guān)系，簡稱不確定關(guān)系。（三）比較宏觀運動與微觀運動研究方法的不同在微觀物理學里，我們雖然不能確定單個粒子的運動情況，但我們可以知道大量粒子運動時的規(guī)律，因此我們?nèi)匀豢梢詫暧^現(xiàn)象進行預言。（四）引出能量和時間的測不準關(guān)系能量和時間的測不準關(guān)系。這一部分給出了能量和時間的測不準關(guān)系.（五）分析原子光譜原子光譜：在線狀譜中亮條紋并不是沒有細的.這就很好的證明了能量和時間的測不準關(guān)系。ΔEΔt≥h/4π.（六）正確理解不確定性關(guān)系的含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。從微觀上來理解，則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。五．典型例題例１.關(guān)于不確定性關(guān)系有如下的理解A．宏觀粒子的坐標能測的準，微觀粒子的坐標測不準B.宏觀粒子的動量能測的準，微觀粒子的動量測不準C.微觀粒子的坐標和動量都測不準D.微觀粒子的坐標和動量不能同時測準解析：對于宏觀物體具有確定的坐標和動量，可用牛頓力學描述。對于微觀粒子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。例2.光通過單縫所發(fā)生的現(xiàn)象，用位置和動量的不確定關(guān)系的觀點加以解釋，正確的是（）A.單縫寬，光是沿直線傳播，這是因為單縫寬，位置不確定量大，動量不確定量小，可以忽略。B.當能發(fā)生衍射現(xiàn)象時，動量不確定量就不能忽略C.單縫越窄，中央亮紋越寬，是因為位置不確定量越小，動量不確定量大的緣故。D.以上解釋都不對。解析：單縫寬，光子經(jīng)過單縫發(fā)生衍射時位置不確定量大，根據(jù)可知，光子的動量不確定量小，光是沿直線傳播。A選項正確。同理可以分析出選項B、C選項也正確。例3.在光的單縫衍射實驗中，若單縫寬度是，那么光子經(jīng)過單縫發(fā)生衍射，動量不確定量是多少？解析：單縫寬度是光子經(jīng)過狹縫的不確定量即，由有：例4.請用不確定性關(guān)系來解釋電子云理論解析：由不確定性關(guān)系可知，原子中的電子在原子核的周圍的運動是不確定的，因而不能用“軌道”來描述它的運動，電子在空間各點出現(xiàn)的概率是不同的，當原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時，電子會形成一個穩(wěn)定的概率分布，人們常用一些小黑圓點來表示這種概率分布，概率大的地方小黑圓點密一些，概率小的地方小黑圓點疏一些，這樣電子的概率分布圖的結(jié)果如同電子在原子核周圍形成云霧，稱為“電子云”，電子云是原子核外電子位置不確定性的反映。點悟：我們通常認為的核外電子軌道只不過是電子出現(xiàn)概率最大的地方。例5.已知，試求下列情況中速度測定的不確定值，并根據(jù)計算結(jié)果，討論在宏觀和微觀世界中進行測量的不同情況。一個球的質(zhì)量，測定其位置的不確定量為。電子的質(zhì)量為，測定其位置的不確定量為（即為原子的數(shù)量級）。解析：（１），，，有知（２）例6.一顆質(zhì)量為的子彈，具有的速率，若其動量的不確定范圍為動量的(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?一電子也具有的速率，動量的不確定范圍為動量的(這已經(jīng)足夠精確了)，則該電子的位置不確定范圍有多大?解析:

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通過上面的比較可以看出子彈和電子的不確定性相差的數(shù)量級，電子的不確定性遠遠大于子彈的不確定性。六．課堂練習1．在經(jīng)典物理學中，可以同時用質(zhì)點的_____________和_____________精確描述它的運動，如果知道了質(zhì)點的____________，還可以預言它以后任意時刻的____________和_____________。2．用數(shù)學方法對微觀粒子的___________進行分析可以知道，如果以Δx表示粒子的______________不確定量，以Δp表示粒子____________________不確定量，則有________________，這就是著名的__________________。3．在微觀物理學中，不確定關(guān)系告訴我們，如果要準確地確定粒子的位置（即Δx更小），則_____________的測量一定會更不準確（即Δp更大），也就是說，不可能同時準確地測量粒子的_____________和_____________。4．在波粒二象性和不確定關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了________________，對現(xiàn)象生活、生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展起到了驚人的作用，比如現(xiàn)代半導體材料的研究和發(fā)展等。5．由不確定關(guān)系可以得出的結(jié)論是（）A．如果動量的不確定范圍越小，則與之對應(yīng)的坐標的不確定范圍就越大B．如果坐標的不確定范圍越小，則動量的不確定范圍就越大C．動量的不確定范圍和與之對應(yīng)的坐標的不確定范圍不成反比關(guān)系D．動量的不確定范圍和與之對應(yīng)的坐標的不確定范圍有唯一確定的關(guān)系6．下列關(guān)于不確定關(guān)系說法正確的是（）A．只對微觀粒子適用B．只對宏觀粒子適用C．對微觀和宏觀粒子都適用D．對微觀和宏觀粒子都不適用7．有中子衍射技術(shù)中，常用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因為熱中子的德布羅意波波長與晶體中原子間距比較接近。已知中子質(zhì)量為×10-27kg，普朗克常量為×10-34J·s，則可以估算出德布羅意波波長為×10-10m的熱中子動能的數(shù)量級為()A．10-17JB．10-19JC．10-21JD．10-24J8．一輛質(zhì)量為100kg的試驗車以20m/s的速度向墻撞去，求車撞墻時的不確定范圍。一質(zhì)量為10g的子彈從直徑為0.5cm的槍口射出，求子彈射出槍口時其橫向速度的不確定量。10．電視機顯像管中的電子的加速電壓為10kV，電子槍槍口的直徑為0.01cm，求電子射出電子槍口時其橫向速度的不確定量。11．實驗測定原子核線度的數(shù)量級為10-14m，試用不確定關(guān)系估算電子如被束縛在