【精品】高三物理 第二十一章 电子论初步 五、不确定关系(第一课时)

1、第五节 不确定关系本节教材分析测不准关系是在波粒二象性的假设基础上得出的理论，因此在测不准关系的学习中需要有概率描述粒子运动的观念，同时本节的学习也可以加深学生对于波粒二象性的理解.本节是选学的内容，这部分内容可以使学生对波粒二象性、量子论等理论的理解更具体、丰满，有利于开拓视野，增加物理学习的兴趣.课文中有两个关系式，不过对它们的讨论都是定性的.理解起来并不容易，在教学的过程中应注意多联系前面已学习的内容.课文在讨论位置和动量的不确定关系时，给出的是对光的衍射的实验事实进行分析.在讨论时间和能量的不确定关系时，给出的是原子光谱的实验事实，这样可以帮助学生利用实验了解有关理论.应该注意测不准关

2、系是客观规律不是测量技术和主观能力的问题.教学目标一、知识目标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xph/4.3.了解能量和时间的测不准关系Eth/4.二、能力目标1.会借助光的衍射实验理解位置和动量的测不准关系xph/4.2.会借助能级的实验事实理解能量和时间的测不准关系Eth/4.三、德育目标1.通过讲述一些物理史的内容培养学生的学习兴趣和了解科学家为科学献身的精神，树立刻苦钻研，勤奋好学的决心.2.了解科学理论都有其适用的范围.3.了解自然科学发展的规律.教学重点测不准关系.教学难点联系实验事实了解测不准关系.教学方法测不准关系是建立在物质的波粒二象性理论

3、基础上的.在教学中要紧扣这一点，先复习有关内容，再引出新课教学.本节内容都是定性的，要联系实验做好课文的学习，要帮助学生培养用实验检验理论假设的习惯.教学用具彩色投影片课时安排1 课时教学过程一、引入新课复习物质的波粒二象性教师学习光的波粒二象性和物质波的时候，我们用概率波来描述微观粒子的运动规律，我们怎样确定微观粒子在空间的位置？学生微观粒子具有波动性，我们不能确定它在空间的位置，只可以描述其在空间各点的概率.二、新课教学（一）观看光的衍射的彩色投影片投影片光的衍射的彩色投影片及原理图.图2111通过演示两个衍射图样比较发现a越小b越大.（二）引出位置和动量的测不准关系xph/4阅读阅读第一

4、部分位置和动量的测不准关系.教师b增大的原因是什么？学生光子与原来运动方向垂直的动量增大了.教师这个实验的直接规律是什么？学生实验时狭缝越窄，中央的亮条纹越宽，也就是光子与原来运动方向垂直的动量越大.教师利用数学方法分析可以知道，如果用x表示位置的不确定量，以p表示粒子动量的不确定量，那么xph/4这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系.（三）比较宏观运动与微观运动研究方法的不同阅读阅读课文P561、2、3段内容.教师在宏观世界中物质的质量大，动量大，波动性小，我们可以直接利用经典物理学的内容进行研究.在微观物理学里，我们虽然不能确定单个粒子的运动情况，但我们可以知道大量粒子运动时的统计规律

5、，因此我们仍然可以对宏观现象进行预言.（四）引出能量和时间的测不准关系Eth/4阅读能量和时间的测不准关系.教师这一部分给出了能量和时间的测不准关系Eth/4.我们来看一下实验证明.（五）分析原子光谱投影片原子光谱.教师请大家注意,在线状谱中亮条纹并不是没有粗细的.这就很好的证明了能量和时间的测不准关系.Eth/4.（六）延伸拓展在高三的物理课本中有物质波、不确定关系、相对论简解的内容，学过这些内容之后，学生常会对前面用经典理论处理的一些问题产生疑问；这些问题用经典理论方法处理是否合适，会不会产生相当大的误差.在教学中我举下例来说明.彩色电视机中从电子枪发射出来的电子经过加速电压加速后射向荧光

6、屏，此加速电压达到104 V，则电子的动能Ek=qU=104 eV，电子的速度v= m/s=5.9×107 m/s，这就是我们用经典的力学方法计算出来的，电子是微观粒子，此速度已经约等于光速的1/5，经典力学的处理方法是否还合理呢？要不要考虑微观粒子的二象性？电子轨迹还能是直线吗？速度会不会有很大误差？我们先讨论一下电子的速度，用相对论速度计算公式mc2=m0c2+Ek=m0c2+eU，其中m是电子运动时的质量,m=m0代入可得×107 m/s.这个速度和用经典理论计算的结果5.9×107 m/s相差无几，以速度值代入，电子的动质量与电子的静质量0.91×

7、;10-30 kg也相差无几.根据波粒二象性，电子的物质波波长为：= m=1.23×10-11 m.电子所对应的物质波的波长非常短，一个原子的直径数量级是10-10 m，也就是说电子只有在遇到比原子直径还小的障碍或小孔才会产生明显的衍射现象.电子所通过的加速电极上的小孔直径比此波长大得多，显像管内的空间对于电子来讲更是一个广阔的空间，完全可以认为电子在显像管中是按照我们用经典理论计算所得轨迹奔向我们指定的目标，由于电子的波动性而使图像像点产生模糊完全不必考虑.微观粒子还有一个不确定关系，它的数学表达式px，式中h是普朗克常数，p是动量的不确定量，x是微观粒子的位置的不确定量.彩色电视

8、机的显像管荧光屏是由许多填有荧光粉的小格（像素）组成的，每一个像素约为3×10-4×3×104 m2.在加速后的电子轰击下，一个像素能发出红、绿、蓝三原色中的一种，像素是按次序依次排列的.相邻的像素发出的光叠加后就能产生五彩缤纷的颜色，为使发光色彩准确，电子必须准确地击中相应像素，那么电子击中相应点的距离不确定量不超过10-5 m就足够了，根据不确定关系，此时相应电子速度不确定量为：v= m/s=5.8 m/s，电子的速度达到5.8×107 m/s，实际上，速度的不确定量远比5.8 m/s大得多，x很容易就小于10-5 m，可以看出电子击中预定像素准确性非常高，完全不必担心预定击中红色像素的电子会偏离而击中绿色或蓝色像素.从上述讨论可知，在彩色显像管中，电子经过上万伏电压的加速，虽然速度的数量级已达到107 m/s，但其相对论效应仍很小，物质波的波长很短，完全可以不考虑.用经典的牛顿力学定律、电磁场理论就可以相当精确地描述电子的运动.电子的行为跟经典粒子一样，用电子来产生的电视图像仍清晰可见.用经典力学描述物体的运动是有一定条件的，学生经过实例的分