5　不确定性关系教学目标设计

课题

17.5 不确定性关系

1.了解经典的粒子和经典的波的基本特征．

学习目标

2．知道什么是概率波，知道光波和物质波都是概率波．

3．知道“不确定性关系”的物理表述及物理意义．

1.对经典的波和概率波的理解．

重难点

2．对“不确定性关系”的认识．

合作、探究

学法指导

预习评价

1.经典粒子：粒子有一定的____________，有一定的__________有的还具有电荷有关。运动的基本特征是：任意时刻的确定的____________和____________以及时空中确定的__________。

2.经典波：经典的波在时空是弥散开来的，基本特征是：具有______ 和______，即具有时空的周期性

3.概率波：光波是一种概率波，光的波动性不是光子之间____________引起的，而是光子自身_________的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以光波是一种概率波。

4.不确定性关系：（1）定义：在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在量子力学中，要同时测出位置和动量是不太可能的，这种关系叫____________关系。

（2）表达式：___________ 课堂流程设计

【课程导学】

1.你认为普朗克常量在粒子性与波动性之间起到什么作用。

2.怎样理解光的波粒二象性？

范例精析

例在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（）

A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样

B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样

C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏

D．单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性

核心要点突破

一、对概率波的理解

1

单个粒子运动的偶然性

我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的．

2

大量粒子运动的必然性

由波动规律，我们能准确地知道大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言．

3

概率波体现了波粒二象性的和谐统一

概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起了．

二、对不确定性关系的理解

4

1粒子位置的不确定性

单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们可以处于挡板左侧的任何位置，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的．

5

粒子动量的不确定性

微观粒子具有波动性，会发生衍射．大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到缝的投影位置以外．这些粒子具有

了与其原来运动方向垂直的动量．由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量．

6

位置和动量的不确定关系

在粒子的衍射现象中，设有粒子通过狭缝后落在屏上，狭缝宽度为a(用坐标表示为Δx)，那么某个粒子通过狭缝时位于缝中的哪一点是不确定的，不确定的范围为Δx；若是宏观粒子，它通过狭缝后会直接落到缝的投影位置上，我们知道微观粒子具有波动性，经过狭缝后会发生衍射，有些粒子会偏离原来的运动方向跑到了投影位置以外的地方，这就意味着粒子有了与原来运动方向垂直的动量(位于与原运动方向垂直的平面上)．又由于粒子落在何处是随机的，所以粒子在垂直于运动方向上的动量具有不确定性，不确定量为Δp.

7

互动练习

1.

物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果有下列认识，其中正确的是(

) A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子

B．单个光子的运动没有确定的轨道

C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方

D．只有大量光子的行为才能表现出波动性

2.

布置作业

课后反思