7.5不确定关系学案(人教版选修3-5)

第五节 不确定关系【知识结构】不确定关系 不确定关系物理模型与物理现象人类对世界的探究历程【学习目标】1、初步了解不确定性关系。2、知道人类对世界的探究是不断深入的。3、根据微观粒子具有十分明显的波动性，了解微观粒子运动没有精确的轨道。课堂互动【自学评价】1、微观粒子的不确定关系式为 其中为微观粒子 的不确定性，为微观粒子 的不确定性，h为 2、因为微观粒子具有十分明显的 性，所以不能像宏观物体运动那样可以用精确的轨道来描述3、粒子的不确定性关系分为：粒子位置的不确定性，在单缝衍射现象中，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 。4、粒子动量的不确定性：微观粒子具有波动性，会发生衍射大部分粒子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这些粒子具有了与其原来运动方向 由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是 ，所以粒子在垂直方向上的动量也具有 ，不确定量的大小可以由 来衡量。【新课引入】 上一节课，我们通过双缝干涉实验分析了光波是一种概率波，一个光子通过狭缝后，虽然不能肯定光子具体落在哪一点上，但由屏上各处不同明暗条纹可知，光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小 这一节，我们通过单缝衍射实验分析光子的落点情况【互动探究】点击关键词 1、光的衍射条纹特点合作讨论1：一单色光通过单缝后，在其右侧的屏上会出现什么现象？从光源飞向屏的过程中不受力的作用，光子应做匀速直线运动，对应情景是哪一幅图？但由于衍射光子到达屏的情景实际是哪一幅图？ 结论1： _观察思考： 屏上条纹的特点是什么？屏上各点的亮度与到达该点的什么因素？结论2： 思维点拔：根据经典理论知识的想象与从实验中得出的结论，它们之间存在的区别是得到新理论的基础。 点击关键词 2、不确定关系合作讨论1：粒子经过单缝发生衍射现象，通过单缝时的位置被狭缝限定了，而在屏上看到的衍射条纹确变宽了，这说明粒子的什么物理量的不确定量变大了？结论1： _合作讨论2：粒子通过单缝后到达屏上的位置是否确定？这种不确定量的大小可由什么物理量来衡量？结论2： _观察思考：（1）狭缝越窄，屏上中央亮纹越 。（2）狭缝越窄，粒子的位置更 。（3）狭缝越窄，粒子的动量 。（4）不确定性关系（不确定关系）可用什么方法表示？结论3： 合作讨论3：经典物理学中质点运动的物理量能否确定？微观物理学中，能否同时确定物体的位置与动量？在微观物理学中是如何研究微观粒子的？ 结论4： 点击关键词 3、物理模型与物理现象合作讨论1：在研究微观粒子时，经典物理学中建立了两个模型是什么？这两种模型能否解决微观粒子的相关实验结论？ 结论1：_ _ _ _。合作讨论2：根据德布罗意波长公式，我们可以得出任何运动的物体都对应一个波长，为什么有些运动物体波动图景容易观察而有些运动物体波动图景不容易观察？结论2：_ _ _。合作讨论3：量子力学在现代生活中已经起到了很大的作用，在哪些方面有所体现？你对“量子”的图景是怎样理解的？ 结论3：_ 【典型例题】例题1 人们能准确预知单个粒子的运动情况吗？例题2已知Js，试求下列情况中速度测定的不确定量，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 (1)一个球的质量，m1.0 kg，测定其位置不确定量为106m (2)电子的质量me9.11031k8，测定其位置的不确定量为l010m(即原子的数量级)【追踪训练】1在微观物理学中，除了位置和动量外，还有没有别的成对的物理量具有不确定关系?2任何情况下都能精确描述运动粒子的位置和动量吗?3实验测得原子核的线度数量级为1014m，试应用不确定关系估算电子可被束缚在原子核中时的动能。已知相对论中能量、动量的关系式为：E2c2p2+m02c4总结回顾本节课的重点是：1、根据不确定关系列式：2、物理现象与物理模型：客观物质世界千姿百态，物理现象纷繁复杂，如何从中抓住本质，找到规律，这要从建立概念、提炼模型开始例如对实物抽象化后形成的概念模型如质点、单摆、理想气体、点电荷、能量子、光子等还有理论模型如安培分子电流假说、原子核式结构模型、微观粒子的波粒二象性、玻尔氢原子理论(第十八章)等，这些模型的建立为人类正确认识客观世界、形成科学的理论奠定了基础【重点思路】不确定量的求解思路（1） 根据不确定关系列式：（2） 对物质微粒（或实物体）有即（3） 对光子有由以上三式联立即可求得不确定量的值。【拓展提高】测不准原理测不准原理是波粒二象性的表现在经典力学中，宏观物体的运动状态可用位置和动量(或速度)描述，若已知物体在某时刻的坐标、速度(动量)以及受力情况，由牛顿第二定律Fma求出任一时刻的加速度，则可确定物体在任一时刻的状态，即物体在运动轨道上的任一点应有确定的位置和速度，或者说物体的坐标和动量是可以同时确定的但是对于微观粒子，由于具有波粒二象性，轨道的概念已失去意义那么是否仍可用经典概念和方法去描述微观粒子的运动状态呢?其运用程度和准确性又如何呢?判断这一问题的依据就是海森伯于1927年提出的测不准原理（不确定关系）射电望远镜1931年，在美国新泽西州的贝尔实验室里，负责专门搜索和鉴别电话干扰信号的美国人KG杨斯基发现：有一种每隔23小时56分04秒出现最大值的无线电干扰经过仔细分析，他在1932年发表的文章中断言：这是来自银河中的射电辐射由此，杨斯基开创了用射电波研究天体的新纪元当时他使用的是长30.5米、高3.66米的旋转天线阵，在14.6米波长取得了30度宽的“扇形”方向束此后，射电望远镜的历史便是不断提高分辨率和灵敏度的历史自从杨斯基宣布接收到银河的射电信号后，美国人G雷伯潜心试制射电望远镜，终于在1937年制造成功这是一架在第二次世界大战以前全世界独一无二的抛物面型射电望远镜它的抛物面天线直径为9.45米，在1.87米波长取得了12度的“铅笔形”方向束，并测到了太阳以及其他一些天体发出的无线电波因此，雷伯被称为是抛物面型射电望远镜的首创者射电望远镜是观测和研究来自天体的射电波的基本设备，它包括：收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录、处理和显示系统等等射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜相同，投射来的电磁波被一精确镜面反射后，同时到达公共焦点用旋转抛物面作镜面易于实现同相聚集因此，射电望远镜的天线大多是抛物面射电观测是在很宽的频率范围内进行，检测和信息处理的射电技术灵活多样，所以，射电望远镜种类更多