5　不确定性关系教学实录与评析

5.

不确定性关系

教学目标

一、教学目标

1.

知道测不准关系上微观粒子运动规律

2.

了解位置和动量的测不准关系

3.

通过光的衍射实验了解测不准关系

4.

能定性的分析粒子的位置和动量的测不准关系

5.

在学习过程培养学生严谨的科学态度

教学重点

通过实验观测和了解粒子的位置和动量的测不准关系

教学难点

联系实验事实了解测不准关系

教学内容

教学导入

一切宏观物体运动时既有粒子性又具有波动性，其运动规律复合德布罗意波规律。那这种波是一种怎样的波。

新课教学

一、不确定性关系

1.观看鸟的飞翔视频和光的衍射实验视频

学生观察视频鸟的运动和光的衍射实验过程

问题：鸟的运动有怎样的特点（位置、时间、速度、动量、动能等），光的衍射实验中光子的运动的特征呢？（位置、时间、速度、动量、动能等，这些还是确定的吗？）

2.物质波与经典波

学生结合视频自学本节前面的内容（第一段）

介绍相关内容

1926年，德国物理学家玻恩提出了概率波，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。

经典波动与物质波是不同的，经典波动可以测出波动的位置、时间、动量、动能、波速、波长、频率等。物质波既有粒子性又有波动性，但又不是绝对的，大量粒子表现为波动性，单个粒子表现为粒子性。实验表明单个粒子通过单缝时粒子的位置是不确定的，是随机的，粒子到达某个位置的概率是一定的。

3.入射粒子的不确定性关系

结合教科书，分析光的衍射实验视频，讨论光子的位置和动量的不确定性有怎样的特征

分析光的衍射实验

观看粒子的衍射实验视频（改变入射狭缝的大小a观察中央亮条纹b的变化）

入射粒子平行，粒子在挡板左侧的动量是确定的，位置是不确定的。在a的范围内位置范围减小，但是右侧粒子的动量是不确定的。也就是说当a越小时（位置越准确），b的范围越大（动量越不准确）；a越大时（位置越不准确），b的范围越小（动量越准确）。

利用数学方法对微观粒子的运动进行分析可以知道，用Δx表示粒子位置的不确定量，用Δp表示粒子动量的不确定量。那么

ΔxΔp≥h/4π

h是普朗克常量

不可能同时准确的知道粒子的位置和动量，因而不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。

拓展思考（不要求）：微观粒子的能量能测准确吗？（时间与能量的测不准关系）

虽然我们不知道单个粒子的运动，但是大量粒子的运动符合统计规律，粒子到达某个位置的概率是确定的。

二、物理模型与物理现象

同学们自学最后一部分（物理科学思想的教育）

在经典物理学中，对于不同的宏观现象我们分别建立了粒子模型和波动模型，它们与直接经验一致。然而微观世界的属性，我们缺乏直接感知，我们需要一个模型来分析和认识它们。微观世界的运动既有粒子性又有波动性，是一种比较古怪的模型，但是只要它与实验结果一致，它就能够在一定范围内正确代表研究的对象

在波粒二象性和不确定关系的基础上建立了量子力学。它的预言与实验惊人的一致，它的成果应用遍及现代社会的每个角落。但是对

于“量子”的图景、物理解释和哲学意义，却一直存在着严重的分歧和激烈的争论。然而，越困难、越具有挑战性的问题，就越让人类的好奇心无法割舍。

科学漫步----量子力学（初步了解量子力学）

本课小结

一、不确定性关系

宏观运动与微观运动

光的单缝衍射实验

粒子的位置和动量的不确定性关系

ΔxΔp≥h/4π

h是普朗克常量

二、物理模型与物理现象

粒子的波粒二象性

粒子的不确定性关系

量子力学

作业：

1.思考在微观世界中，粒子的位置和动量具有不确定性关系。这时牛顿运动定律还成立吗？

2.有人说“在微观物理学中，由于我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，粒子出现的位置是无规律可循的”请你对以上说法做出评论。

教学反思