5　不确定性关系ppt课件课堂实录

学科网学科网第十七章

波粒二象性学科网学科网新课标要求学科网1．内容标准

学科网（1）了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

学科网（2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。

（3）了解康普顿效应。

学科网学科网（4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。

学科网（5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。

学科网（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。

学科网例1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。学科网2．活动建议

学科网阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。新课程学习学科网学科网17.5 不确定关系★新课标要求学科网学科网（一）知识与技能学科网1．了解不确定关系的概念和相关计算．2．了解物理模型与物理现象（二）过程与方法学科网学科网学科网经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。学科网（三）情感、态度与价值观学科网能领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能

体验探索自然规律的艰辛与喜悦。★教学重点学科网学科网不确定关系的概念

★教学难点学科网学科网对不确定关系的定量应用★教学方法学科网学科网教师启发、引导，学生讨论、交流。★教学用具：学科网学科网投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时

学科网学科网学科网★教学过程学科网（一）引入新课学科网提问：对光的本性的认识？学科网学生思考、回答：光具有波动性和粒子性，是一种概率波。学科网设疑：既然光是粒子，那么它的运动还遵守牛顿运动定律吗？还能用质点的位置和动量来描述它的运动吗？学科网点评：引发学生的好奇心，激发学习的兴趣。学科网教师：回答是否定的。光子的运动具有不确定性。这节课我们就来学习有关知识。（二）进行新课学科网学科网1．德布罗意波的统计解释学科网1926年，德国物理学玻恩

（Born

，

1882--1972）

提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。学科网展示演示文稿资料：玻恩学科网点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。2．经典波动与德布罗意波（物质波）的区别讲述：经典的波动（如机械波、电磁波等）是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。而德布罗意波（物质波）是一种概率波。简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。学科网3．不确定度关系（uncertainty relatoin）经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、

能量等。学科网微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率）。（1）电子衍射中的不确定度展示演示文稿资料：学科网学科网学科网如图所示，一束电子以速度

v 沿

oy 轴射向狭缝。电子在中央主极大区域出现的几率最大。学科网学科网讲述：在经典力学中，粒子（质点）的运动状态用位置坐标和动量来描述，而且这两个量都可以同时准确地予以测定。然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢？学科网下面我们以电子通过单缝衍射为例来进行讨论。设有一束电子沿oy轴射向屏AB上缝宽为a的狭缝，于是，在照相底片CD上，可以观察到如下图所示的衍射图样。如果我们仍用坐标x和动量p来描述这一电子的运动状态，那么，我们不禁要问：一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电子通过狭缝的瞬时，其坐标x为多少?显然，这一问题，我们无法准确地回答，因为此时该电子究竟在缝上哪一点通过是无法确定的，即我们不能准确地确定该电子通过狭缝时的坐标。研究表明：对于第一衍射极小，sin1a学科网式中为电子的德布罗意波长。电子的位置和动量分别用x和p来表示。电子通过狭缝的瞬间，其位置在

x

方向上的不确定量为xa学科网同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量的分量

px变化越大。学科网分析计算可得：学科网xph4学科网式中h为普朗克常量。这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。上式表明：①许多相同粒子在相同条件下实验，粒子在同一时刻并不处在同一位置。②用单个粒子重复，粒子也不在同一位置出现。

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例题解析：学科网例1．一颗质量为10g 的子弹，具有200m·s-1的速率，学科网若其动量的不确定范围为动量的0. 01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大?解：子弹的动量学科网pmv0.01200kgm/s2.0kgm/s学科网动量的不确定范围p0.01%p1.01042kgm/s2.0104kgm/s学科网由不确定关系式xph，得子弹位置的不确定范围4h6.63103431xm2.610m44p43.142.01015学科网学科网我们知道，原子核的数量级为10-m，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。

例2．一电子具有200 m/s的速率，动量的不确定学科网学科网范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大?解 : 电子的动量为学科网pmv9.11031200kgm/s1.81028kgm/s动量的不确定范围p0.01%p1.01041.81028kgm/s1.81032kgm/s由不确定关系式，h6.6310343得电子位置的不确定范围xm2.910m我们知道原324p43.141.810子大小的数量级为10-10m，电子则更小。在这种情况下，电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。

4．微观粒子和宏观物体的特性对比学科网学科网学科网宏观物体

微观粒子

具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描述。

没有确定的坐标和动量，需用量子力学描述。

有连续可测的运动轨道，可追踪各个物体的运动轨迹。

体系能量可以为任意的、连续变化的数值。

不确定度关系无实际意义

5．不确定关系的物理意义和微观本质（1）物理意义：

学科网学科网有概率分布特性，不可能分辨出各个粒子的轨迹。

能量量子化

。

遵循不确定度关系

微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量x越小，动量的不确定量px就越大，反之亦然。（2）

微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。学科网不确定关系式表明：学科网①

微观粒子的坐标测得愈准确(x0) ，动量就愈不准确(px)

；微观粒子的动量测得愈准确(px0) ，坐标就愈不准确(x)

。学科网学科网但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。学科网②

为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准?学科网这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。学科网由以上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题。学科网③

不确定关系提供了一个判据：学科网当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。（三）课堂小结学科网学科网学科网教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学科网学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。学科网点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。学科网教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。学科网（四）作业：“问题与练习”1～4题。

★教学体会学科网学科网思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

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