1不確定性關(guān)系學(xué)案

第十七章波粒二象性§不確定性關(guān)系學(xué)案一．學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系上微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律.2.了解位置和動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系ΔxΔp≥h/4π.3.了解能量和時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系ΔEΔt≥h/4π.二．重點(diǎn)難點(diǎn)1.重點(diǎn)：測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系.2.難點(diǎn)：聯(lián)系實(shí)驗(yàn)事實(shí)了解測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系.三．學(xué)法指導(dǎo)本節(jié)課通過講述一些物理史的內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和了解科學(xué)家為科學(xué)獻(xiàn)身的精神，樹立刻苦鉆研，勤奮好學(xué)的決心.了解科學(xué)理論都有其適用的范圍.了解自然科學(xué)發(fā)展的規(guī)律.經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗(yàn)證物理規(guī)律。通過典型事例了解人類直接經(jīng)驗(yàn)的局限性。體會(huì)人類對(duì)世界的探究是不斷深入的。首先把本節(jié)課的內(nèi)容認(rèn)真的看一遍，最后完成本學(xué)案。四．自主學(xué)習(xí)（一）觀看光的衍射的彩色投影片通過演示兩個(gè)衍射圖樣比較發(fā)現(xiàn)a越小越大。（二）引出位置和動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，如果以表示粒子位置的不確定量，以表示粒子在方向上的動(dòng)量的不確定量，那么就有，式中是普朗克常量。我們把這種關(guān)系叫做不確定關(guān)系。這就是著名的不確定性關(guān)系，簡(jiǎn)稱不確定關(guān)系。（三）比較宏觀運(yùn)動(dòng)與微觀運(yùn)動(dòng)研究方法的不同在微觀物理學(xué)里，我們雖然不能確定單個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)情況，但我們可以知道大量粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的規(guī)律，因此我們?nèi)匀豢梢詫?duì)宏觀現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)言。（四）引出能量和時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系能量和時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。這一部分給出了能量和時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系.（五）分析原子光譜原子光譜：在線狀譜中亮條紋并不是沒有細(xì)的.這就很好的證明了能量和時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。ΔEΔt≥h/4π.（六）正確理解不確定性關(guān)系的含義微觀粒子不可能同時(shí)具有確定的位置和動(dòng)量。粒子位置的不確定量越小，動(dòng)量的不確定量就越大，反之亦然。從微觀上來理解，則微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)得愈準(zhǔn)確，動(dòng)量就愈不準(zhǔn)確；微觀粒子的動(dòng)量測(cè)得愈準(zhǔn)確，坐標(biāo)就愈不準(zhǔn)確。五．典型例題例１.關(guān)于不確定性關(guān)系有如下的理解A．宏觀粒子的坐標(biāo)能測(cè)的準(zhǔn)，微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)不準(zhǔn)B.宏觀粒子的動(dòng)量能測(cè)的準(zhǔn)，微觀粒子的動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)C.微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測(cè)不準(zhǔn)D.微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)解析：對(duì)于宏觀物體具有確定的坐標(biāo)和動(dòng)量，可用牛頓力學(xué)描述。對(duì)于微觀粒子不是說微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)不準(zhǔn)；也不是說微觀粒子的動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測(cè)不準(zhǔn)；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)。這是因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量本來就不同時(shí)具有確定量。例2.光通過單縫所發(fā)生的現(xiàn)象，用位置和動(dòng)量的不確定關(guān)系的觀點(diǎn)加以解釋，正確的是（）A.單縫寬，光是沿直線傳播，這是因?yàn)閱慰p寬，位置不確定量大，動(dòng)量不確定量小，可以忽略。B.當(dāng)能發(fā)生衍射現(xiàn)象時(shí)，動(dòng)量不確定量就不能忽略C.單縫越窄，中央亮紋越寬，是因?yàn)槲恢貌淮_定量越小，動(dòng)量不確定量大的緣故。D.以上解釋都不對(duì)。解析：?jiǎn)慰p寬，光子經(jīng)過單縫發(fā)生衍射時(shí)位置不確定量大，根據(jù)可知，光子的動(dòng)量不確定量小，光是沿直線傳播。A選項(xiàng)正確。同理可以分析出選項(xiàng)B、C選項(xiàng)也正確。例3.在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，若單縫寬度是，那么光子經(jīng)過單縫發(fā)生衍射，動(dòng)量不確定量是多少？解析：?jiǎn)慰p寬度是光子經(jīng)過狹縫的不確定量即，由有：例4.請(qǐng)用不確定性關(guān)系來解釋電子云理論解析：由不確定性關(guān)系可知，原子中的電子在原子核的周圍的運(yùn)動(dòng)是不確定的，因而不能用“軌道”來描述它的運(yùn)動(dòng)，電子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率是不同的，當(dāng)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電子會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的概率分布，人們常用一些小黑圓點(diǎn)來表示這種概率分布，概率大的地方小黑圓點(diǎn)密一些，概率小的地方小黑圓點(diǎn)疏一些，這樣電子的概率分布圖的結(jié)果如同電子在原子核周圍形成云霧，稱為“電子云”，電子云是原子核外電子位置不確定性的反映。點(diǎn)悟：我們通常認(rèn)為的核外電子軌道只不過是電子出現(xiàn)概率最大的地方。例5.已知，試求下列情況中速度測(cè)定的不確定值，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，討論在宏觀和微觀世界中進(jìn)行測(cè)量的不同情況。一個(gè)球的質(zhì)量，測(cè)定其位置的不確定量為。電子的質(zhì)量為，測(cè)定其位置的不確定量為（即為原子的數(shù)量級(jí)）。解析：（１），，，有知（２）例6.一顆質(zhì)量為的子彈，具有的速率，若其動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的(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?一電子也具有的速率，動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的(這已經(jīng)足夠精確了)，則該電子的位置不確定范圍有多大?解析:

子彈的動(dòng)量動(dòng)量的不確定范圍由不確定關(guān)系式，得子彈位置的不確定范圍電子的動(dòng)量為動(dòng)量的不確定范圍由不確定關(guān)系式，得電子位置的不確定范圍通過上面的比較可以看出子彈和電子的不確定性相差的數(shù)量級(jí)，電子的不確定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于子彈的不確定性。六．課堂練習(xí)1．在經(jīng)典物理學(xué)中，可以同時(shí)用質(zhì)點(diǎn)的_____________和_____________精確描述它的運(yùn)動(dòng)，如果知道了質(zhì)點(diǎn)的____________，還可以預(yù)言它以后任意時(shí)刻的____________和_____________。2．用數(shù)學(xué)方法對(duì)微觀粒子的___________進(jìn)行分析可以知道，如果以Δx表示粒子的______________不確定量，以Δp表示粒子____________________不確定量，則有________________，這就是著名的__________________。3．在微觀物理學(xué)中，不確定關(guān)系告訴我們，如果要準(zhǔn)確地確定粒子的位置（即Δx更小），則_____________的測(cè)量一定會(huì)更不準(zhǔn)確（即Δp更大），也就是說，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量粒子的_____________和_____________。4．在波粒二象性和不確定關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了________________，對(duì)現(xiàn)象生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起到了驚人的作用，比如現(xiàn)代半導(dǎo)體材料的研究和發(fā)展等。5．由不確定關(guān)系可以得出的結(jié)論是（）A．如果動(dòng)量的不確定范圍越小，則與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)的不確定范圍就越大B．如果坐標(biāo)的不確定范圍越小，則動(dòng)量的不確定范圍就越大C．動(dòng)量的不確定范圍和與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)的不確定范圍不成反比關(guān)系D．動(dòng)量的不確定范圍和與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)的不確定范圍有唯一確定的關(guān)系6．下列關(guān)于不確定關(guān)系說法正確的是（）A．只對(duì)微觀粒子適用B．只對(duì)宏觀粒子適用C．對(duì)微觀和宏觀粒子都適用D．對(duì)微觀和宏觀粒子都不適用7．有中子衍射技術(shù)中，常用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波波長(zhǎng)與晶體中原子間距比較接近。已知中子質(zhì)量為×10-27kg，普朗克常量為×10-34J·s，則可以估算出德布羅意波波長(zhǎng)為×10-10m的熱中子動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為()A．10-17JB．10-19JC．10-21JD．10-24J8．一輛質(zhì)量為100kg的試驗(yàn)車以20m/s的速度向墻撞去，求車撞墻時(shí)的不確定范圍。一質(zhì)量為10g的子彈從直徑為0.5cm的槍口射出，求子彈射出槍口時(shí)其橫向速度的不確定量。10．電視機(jī)顯像管中的電子的加速電壓為10kV，電子槍槍口的直徑為0.01cm，求電子射出電子槍口時(shí)其橫向速度的不確定量。11．實(shí)驗(yàn)測(cè)定原子核線度的數(shù)量級(jí)為10-14m，試用不確定關(guān)系估算電子如被束縛在