1不确定性关系学案

第十七章波粒二象性§不确定性关系学案一．学习目标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ΔxΔp≥h/4π.3.了解能量和时间的测不准关系ΔEΔt≥h/4π.二．重点难点1.重点：测不准关系.2.难点：联系实验事实了解测不准关系.三．学法指导本节课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.了解科学理论都有其适用的范围.了解自然科学发展的规律.经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。首先把本节课的内容认真的看一遍，最后完成本学案。四．自主学习（一）观看光的衍射的彩色投影片通过演示两个衍射图样比较发现a越小越大。（二）引出位置和动量的测不准关系对于微观粒子的运动，如果以表示粒子位置的不确定量，以表示粒子在方向上的动量的不确定量，那么就有，式中是普朗克常量。我们把这种关系叫做不确定关系。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规律，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能量和时间的测不准关系。这一部分给出了能量和时间的测不准关系.（五）分析原子光谱原子光谱：在线状谱中亮条纹并不是没有细的.这就很好的证明了能量和时间的测不准关系。ΔEΔt≥h/4π.（六）正确理解不确定性关系的含义微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量越小，动量的不确定量就越大，反之亦然。从微观上来理解，则微观粒子的坐标测得愈准确，动量就愈不准确；微观粒子的动量测得愈准确，坐标就愈不准确。五．典型例题例１.关于不确定性关系有如下的理解A．宏观粒子的坐标能测的准，微观粒子的坐标测不准B.宏观粒子的动量能测的准，微观粒子的动量测不准C.微观粒子的坐标和动量都测不准D.微观粒子的坐标和动量不能同时测准解析：对于宏观物体具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描述。对于微观粒子不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。例2.光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定关系的观点加以解释，正确的是（）A.单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量大，动量不确定量小，可以忽略。B.当能发生衍射现象时，动量不确定量就不能忽略C.单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量越小，动量不确定量大的缘故。D.以上解释都不对。解析：单缝宽，光子经过单缝发生衍射时位置不确定量大，根据可知，光子的动量不确定量小，光是沿直线传播。A选项正确。同理可以分析出选项B、C选项也正确。例3.在光的单缝衍射实验中，若单缝宽度是，那么光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是多少？解析：单缝宽度是光子经过狭缝的不确定量即，由有：例4.请用不确定性关系来解释电子云理论解析：由不确定性关系可知，原子中的电子在原子核的周围的运动是不确定的，因而不能用“轨道”来描述它的运动，电子在空间各点出现的概率是不同的，当原子处于稳定状态时，电子会形成一个稳定的概率分布，人们常用一些小黑圆点来表示这种概率分布，概率大的地方小黑圆点密一些，概率小的地方小黑圆点疏一些，这样电子的概率分布图的结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”，电子云是原子核外电子位置不确定性的反映。点悟：我们通常认为的核外电子轨道只不过是电子出现概率最大的地方。例5.已知，试求下列情况中速度测定的不确定值，并根据计算结果，讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况。一个球的质量，测定其位置的不确定量为。电子的质量为，测定其位置的不确定量为（即为原子的数量级）。解析：（１），，，有知（２）例6.一颗质量为的子弹，具有的速率，若其动量的不确定范围为动量的(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大?一电子也具有的速率，动量的不确定范围为动量的(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大?解析:

子弹的动量动量的不确定范围由不确定关系式，得子弹位置的不确定范围电子的动量为动量的不确定范围由不确定关系式，得电子位置的不确定范围通过上面的比较可以看出子弹和电子的不确定性相差的数量级，电子的不确定性远远大于子弹的不确定性。六．课堂练习1．在经典物理学中，可以同时用质点的_____________和_____________精确描述它的运动，如果知道了质点的____________，还可以预言它以后任意时刻的____________和_____________。2．用数学方法对微观粒子的___________进行分析可以知道，如果以Δx表示粒子的______________不确定量，以Δp表示粒子____________________不确定量，则有________________，这就是著名的__________________。3．在微观物理学中，不确定关系告诉我们，如果要准确地确定粒子的位置（即Δx更小），则_____________的测量一定会更不准确（即Δp更大），也就是说，不可能同时准确地测量粒子的_____________和_____________。4．在波粒二象性和不确定关系的基础上，建立了________________，对现象生活、生产和科学技术的发展起到了惊人的作用，比如现代半导体材料的研究和发展等。5．由不确定关系可以得出的结论是（）A．如果动量的不确定范围越小，则与之对应的坐标的不确定范围就越大B．如果坐标的不确定范围越小，则动量的不确定范围就越大C．动量的不确定范围和与之对应的坐标的不确定范围不成反比关系D．动量的不确定范围和与之对应的坐标的不确定范围有唯一确定的关系6．下列关于不确定关系说法正确的是（）A．只对微观粒子适用B．只对宏观粒子适用C．对微观和宏观粒子都适用D．对微观和宏观粒子都不适用7．有中子衍射技术中，常用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距比较接近。已知中子质量为×10-27kg，普朗克常量为×10-34J·s，则可以估算出德布罗意波波长为×10-10m的热中子动能的数量级为()A．10-17JB．10-19JC．10-21JD．10-24J8．一辆质量为100kg的试验车以20m/s的速度向墙撞去，求车撞墙时的不确定范围。一质量为10g的子弹从直径为0.5cm的枪口射出，求子弹射出枪口时其横向速度的不确定量。10．电视机显像管中的电子的加速电压为10kV，电子枪枪口的直径为0.01cm，求电子射出电子枪口时其横向速度的不确定量。11．实验测定原子核线度的数量级为10-14m，试用不确定关系估算电子如被束缚在