河南省示范性高中罗山高中2014-2015学年高二下期物理选修3-5教案17.5不确定性关系教学目标【知识与技能】1．知道粒子通过狭缝时发生衍射，狭缝的宽度决定了粒子位置的不确定范围，中央亮纹的宽度决定于粒子动量的不确定范围．2．理解不确定性关系【过程与方法】通过宏观物理现象与微观物理现象的差异及物理模型的建立过程，使学生了解为了研究新问题、建立新理论，必须假设一些物理模型．【情感、态度与价值观】量子力学成功应用于社会各个领域，但人们对量子理论还存在争论，因此需要通过完善的教学，激发学生探索科学奥秘的热情，为今后学量子力学奠定初步基础．重点难点【重点】初步理解位置和动量的不确定关系．【难点】理解位置和动量的不确定关系．互动探究一.不确定关系师：在经典物理学中，我们可以同时用质点的位置和动量（速度）精确地描述它的运动。不但如此，如果知道了质点的加速度，利用牛顿第二定律还可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量（速度），从而描绘它运动的轨迹。请同学们结合光的单缝衍射图样(如图17.5-1乙)分析。对于微观粒子是否还能利用牛顿第二定律精确地描述它的运动？生：光子到达屏上的位置超出了单缝投影的范围，所以牛顿第二定律不再适用。师：光的单缝衍射实验，单缝衍射时，屏上各点的亮度实际上反映粒子到达这点的概率。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，也就是说，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的。对于通过挡板狭缝的粒子则可以说，它们的位置被狭缝限定了，它们的位置不确定量发生了怎样的变化？生：减小了。师：微观粒子具有波动性，会发生衍射，如图17.5-2所示，大部分粒子散布在宽度为b的中央亮条之内。这些粒子在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投影位置以外，我们可以说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完全是随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性。狭缝越窄，屏上中央亮条就越宽，这表明粒子的不确定性如何变？生：更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定量却更大了。师：粒子通过狭缝时发生衍射．狭缝的宽度决定了粒子位置的不确定范围；中央亮条的宽度决定了粒子动量的不确定范围。粒子位置不确定量变小的同时粒子动量的不确定量变大，粒子位置不确定量变大的同时粒子动量的不确定量变小。利用数学方法对微观粒子的运动进行分析可以知道，如果以△x表示粒子位置的不确定量，以△p表示粒子在x方向上的动量的不确定量，那么，△x△p≥h／4∏式中向h普朗克常量。这就是著名的不确定性关系。师：在微观物理学中，由不确定关系，能否准确同时准确地知道粒子的位置和动量？生：如果要更准确地确定粒子的位置(即△x小)，那么动量的测量一定会更不准确(即△p更大).师：也就是说，我们不可能准确地知道单个粒子的运动情况。那么能否对宏观现象进行预言呢？生：可以，例如，当粒子数很少时，我们不能预言粒子通过挡板上的狭缝后落在屏上的位置，但却可以准确地知道粒子落在屏上某点的概率；概率大的位置正好是某种波通过狭缝发生衍射时产生亮条的位置。二.物理模型和物理现象师：在经典物理学中，对于不同的宏观对象，我们建立了什么模型？对于光我们又建立了何种模型？生：经典物理学中建立了粒子模型和波动模型，对光建立了波粒二象性模型。让学生阅读课本P48―P49页内容，回答问题。指出：1.在经典物理学中，建立了粒子模型和波动模型，它们与我们的直接经验一致。在微观物理中，物理现象不能直感。为了研究新问题、建立新理论，必须建立一些物理模型。2.量子力学在社会各个领域成功应用，但粒子理论存在争论，还需完善小结：在经典物理学中，可以用质点的位置和动量精确地描述它的运动。同时知道了加速度，甚至可以预言质点接下来任意时刻的位置和动量，从而描绘出轨迹。但在微观物理学中，不确定性告诉我们，如果要更准确地测量质点的位置（即△x小），那么测得的动量就更不准确（即△P更大）。也就是说，不可能同时准确地测得一个粒子的位置和动量，因而也就不能用轨迹来描述粒子的运动。随堂...
