人教版選修35 概率波 不確定性關(guān)系 第1課時 教案.doc

教學課題： 第四節(jié) 概率波第五節(jié) 不確定性關(guān)系教學目標（一）知識與技能 1、了解微粒說的基本觀點及對光學現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題了解波動說的基本觀點及對光學現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題2、了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的，了解光既有波動性，又有粒子性了解光是一種概率波 3、 了解不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計算了解物理模型與物理現(xiàn)象。（二）過程與方法 1領(lǐng)悟什么是概率波，了解物理學中物理模型的特點初步掌握科學抽象這種研究方法。3經(jīng)歷科學探究過程，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。認識科學探究的意義，通過數(shù)形結(jié)合的學習，認識數(shù)學工具在物理科學中的作用。（三）情感、態(tài)度與價值觀 理解人類對光的本性的認識和研究經(jīng)歷了一個十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程根據(jù)事實建立學說，發(fā)展學說，或是決定學說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實，再建立新的學說人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認識光的本性的?！局攸c難點】1、重點：人類對光的本性的認識的發(fā)展過程，不確定關(guān)系的概念2、難點：對量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解，對不確定關(guān)系的定量應(yīng)用教學過程：學生自學一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波 1、經(jīng)典粒子：在經(jīng)典物理學的概念中，粒子有一定的空間大小，有一定的質(zhì)量，有的還有電荷，遵循牛頓運動定律。 運動的基本特征：粒子的運動在任意時刻有確定的位置和速度，在空間中有確定的軌道。 2、經(jīng)典波：經(jīng)典波在空間是彌散開來的，基本特征是：具有確定的頻率和波長，表示波具有空間上的周期性。 二、概率波1、光波是概率波 光的波動性不是光子之間相互作用的結(jié)果而是光子自身固有的性質(zhì)，光子落在各點的概率是不一樣的，即光子落在明紋處的概率大，落在暗紋處的概率小。這就是說光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定。所以，從光子的概率上看，光波是一種概率波。 2、物質(zhì)波也是概率波 對于電子和其他微觀粒子，同樣具有波粒二象性。單個粒子的位置是不確定，但在某點出現(xiàn)的概率的大小可以由波動的規(guī)律確定，而且對于大量粒子，這種概率分布導致確定的宏觀結(jié)果，所以物質(zhì)波也是概率波。 說明：德布羅意波也是概率波，雙縫干涉圖樣中的明紋處是電子落點概率大的地方， 暗紋處是電子落點概率小的地方，但概率的大小受波動規(guī)律的支配。 第五節(jié) 不確定關(guān)系玻恩(m. born. 1882-1970)德國物理學家。 1926年提出波函數(shù)的統(tǒng)計意義。為此與博波(w.w.g bothe. 1891-1957)共享1954年諾貝爾物理學獎。 一、德布羅意波的統(tǒng)計解釋 1926年，德國物理學玻恩 (born ,1882-1972) 提出了概率波，認為個別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。二、經(jīng)典波動與德布羅意波(物質(zhì)波)的區(qū)別 經(jīng)典的波動(如機械波、電磁波等)是可以測出的、實際存在于空間的一種波動。而德布羅意波(物質(zhì)波)是一種概率波。 簡單的說，是為了描述微觀粒子的波動性而引入的一種方法。三、不確定度關(guān)系（uncertainty relatoin)經(jīng)典力學：運動物體有完全確定的位置、動量、能量等。 微觀粒子：位置、動量等具有不確定量（概率）。 、電子衍射中的不確定度 一束電子以速度 v沿 oy 軸射向狹縫。 電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。 在經(jīng)典力學中，粒子（質(zhì)點）的運動狀態(tài)用位置坐標和動量來描述，而且這兩個量都可以同時準確地予以測定。然而，對于具有二象性的微觀粒子來說， 是否也能用確定的坐標和確定的動量來描述呢？ 下面我們以電子通過單縫衍射為例來進行討論。設(shè)有一束電子沿oy軸射向屏ab上縫寬為的狹縫，于是，在照相底片cd上，可以觀察到如下圖所示的衍射圖樣。如果我們?nèi)杂米鴺藊和動量p來描述這一電子的運動狀態(tài)，那么，我們不禁要問： 一個電子通過狹縫的瞬時，它是從縫上哪一點通過的呢?也就是說，電子通過狹縫的瞬時，其坐標x為多少? 顯然，這一問題，我們無法準確地回答， 因為此時該電子究竟在縫上哪一點通過是無法確定的，即我們不能準確地確定該電子通過狹縫時的坐標x。對于第一衍射極小， 式中l(wèi) 為 電子的德布羅意波長。 電子的位置和動量分別用x 和p來表示。電子通過狹縫的瞬間，其位置在 x 方向上的不確定量為x=a同一時刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動量的分量 px變化越大。 分析計算可得: 不確定性關(guān)系 許多相同粒子在相同條件下實驗,粒子在 同一時刻并不處在同一位置。 用單個粒子重復,粒子也不 在同一位置出現(xiàn)。德國物理學家,量子力學矩陣形式的 創(chuàng)建人,1932年獲諾貝爾物理學獎。經(jīng)嚴格證明應(yīng)為：這就是著名的海森伯測不準關(guān)系式（約化普朗克常量）能量與時間的不確定關(guān)系：原子在激發(fā)態(tài)的平均壽命 相應(yīng)地所處能級的能量值一定有一不確定量。稱為激發(fā)態(tài)的能級寬度。例1、一顆質(zhì)量為10g 的子彈，具有200ms-1的速率，若其動量的不確定范圍為動量的0.01%(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?我們知道，原子核的數(shù)量級為10-15m，所以，子彈位置的不確定范圍是微不足道的?？梢娮訌椀膭恿亢臀恢枚寄芫_地確定，不確定關(guān)系對宏觀物體來說沒有實際意義。 例2、一電子具有200 m/s的速率，動量的不確定范圍為動量的0.01%(這已經(jīng)足夠精確了)，則該電子的位置不確定范圍有多大?原子大小的數(shù)量級為10-10m，電子則更小。在這種情況下，電子位置的不確定范圍比原子的大小還要大幾億倍，可見企圖精確地確定電子的位置和動量已是沒有實際意義。 不確定關(guān)系的物理意義和微觀本質(zhì) 1、物理意義： 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dx越小，動量的不確定量dpx就越大，反之亦然。 2、微觀本質(zhì)： 是微觀粒子的波粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計規(guī)律的必然結(jié)果。 不確定關(guān)系式表明：、微觀粒子的坐標測得愈準確(dx0) ， 動量就愈不準確(dpx) ；微觀粒子的動量測得愈準確(dpx0) ，坐標就愈不準確(d x) 。但這里要注意，不確定關(guān)系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。、為什么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。這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性的必然反映。由上討論可知，不確定關(guān)系是自然界的一條客觀規(guī)律,不是測量技術(shù)和主觀能力的問題。、不確定關(guān)系提供了一個判據(jù)：當不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運動。當不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時，