5　不确定性关系教案和学案内容

课题

时间

17.3、17.4、17.5

[来源:学*科*网]设计教师

教学过程设计

授课教师

课时

知识与能力

新授课

课型

教材处理

师生活动

1．了解光既具有波动性，又具有粒子性。

2．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。

教学

目标

3．了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．

4．了解光是一种概率波．

5．了解不确定关系的概念和相关计算．

6．了解物理模型与物理现象的联系与区别

重点：实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。

人类对光的本性的认识的发展过程

重点

难点

难点：实物粒子的波动性的理解。

对量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解

教法

教具

教学过程设计

教材处理

幻灯片

师生活动

一、

导入新课

光一直被认为是最小的物质，虽然它是个最特殊的物质，但可以说探索光的本性也就等于探索物质的本性。历史上，整个物理学正是围绕着物质究竟是波还是粒子而展开的。

二、新课教学

1、光的波粒二象性

教师：如果现在要问光的本性是什么，我们的回答是：

⑴光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出不同特性。

上节课我们已经分析了，光子的能力ε和动量p可以表示为：

hv

和ph/

让学生找到更多的关系公式：ph/＝hv/v/c

教学过程设计

（2、粒子的波动性

（1）德布罗意波

教材处理

实物粒子也具有波动性，这种波称之为物质波，也叫德布罗意波。[来源:Z.xx.k.Com] （2）物质波波长



师生活动

hhE＝

pmvp2、

什么是经典的粒子和经典的波呢？

有一定的的空间大小，有一定的质量，有的有电荷。只要知道物体的初始条件（初始位置、初速度）以及受力情况，由牛顿第二定律可知，就能确定它们以后任意时刻的位置和速度，进而确定它们在空间中的运动轨迹。

3、可以看出经典的粒子和经典的波是完全不同的两件事，但是在现代物理当中却是统一的，科学家是如何把它们统一起来的呢？

4、提问：单个光子落点无法确定，大量的光子通过狭缝后落在屏上不同位子的多少能否预测呢？

光子本身相当于小球就单个光子的落点是不能确定，但光

子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定。

教师进一步指出：虽然不能确定单个光子的落点，但光子在空间出现的概率可以通过

波动的规律来确定。所以光子本身是一种概率波。（多媒体展示概率波概念）

可以看出现在的光子已经不是经典意义上的光子，单个光子无法确定的具体位置即无确定的轨迹。同样现在的波也非经典意义上的波了，它是大量粒子有规律性的显现。

所以光子是概率波，可以看出这是物质波粒二象性的特有表现形式. 5、电子和其它粒子也具有波粒二象性它们是否也概率波呢？

实践证明：单个粒子的位置是不确定，但大量粒子在某点附近出现的概率的大小可以由波动的的规律确定，大量粒子的概率分布导致确定的宏观结果，例如：衍射图样，干涉图样。电子和其它粒子也是概率波。

6.不确定性关系

在这之前，我们知道，光子、电子以及一切微观粒子，具有波动性和粒子性，也就是物质具有波粒二象性。

我们又知道，在光的衍射试验中，它到屏上的位置会超过单缝投影的范围，并且屏上呈现明暗相间的条纹：

从波的角度来解释，越亮的地方表示光强越大，越暗的地方表示光强越小。

从粒子性的解释，在屏幕越亮的地方，表示到达那里的光子个数越多，或者说光子的到达该区域的概率就大；越暗地方到达那里的光子个数越少，光子到达该区域的概率小，没亮度的地方光子到达该区域的概率为零。

微观粒子

狭缝



图1。微观粒子（光子）单缝衍射

b

除光子之外其它微观粒子如电子也具有波动性，所以经过单缝时也会有同样的现象，如图1，大部分粒子散布在宽度为b的中央亮条纹之内，这些粒子在到达狭缝之前沿着水平方向运动，而经过狭缝之后有些粒子跑到缝的投影位置以外，我们可以说这些粒子具有了与原来运动方向垂直的动量，然而这些动量又是如何而来？不得而知。说明微观粒子已经不再遵守牛顿运动定律已，也就是不能像以前一样，能同时用质点的位置和动量来描述微观粒子的运动。

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