《不确定性关系》名师教案.docVIP

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17.5不确定性关系教案

江苏省如皋市第一中学许志刚

一、核心素养

通过《不确定性关系》的学习过程，让学生认识科学探究的意义，能够领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

二、教学目标

1．能说出不确定关系的概念和能进行相关计算；

2．了解位置和动量的测不准关系ΔxΔp≥h/4π；

3．了解物理模型与物理现象；

4．了解量子力学的发展与应用。

三、学情分析

高二的学生具有一定的分析能力,因此本节课主要是引导学生思考微观粒子的运动和宏观物体的巨大差别，从单缝的衍射实验分析不确定关系的含义,通过实验现象，以及物理学史的描述有利于学生理解物理规律的得出过程,同时由于学生的理解力和数学能力不够,不要求学生进行数学的推导,也不能要求学生能理解不确定关系的哲学意义,了解就可以。适当拓展量子力学的应用，提高学生对量子论的兴趣，为部分同学将来继续学习量子力学做准备。

四、学习重点、难点

学习重点：对不确定关系的概念的理解；学习难点：对不确定关系的定量应用。

五、学习过程

课前：登陆优教平台，发送预习任务。根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。

（优教提示：请登陆优教平台，发送本节预习任务）

活动1【导入】

（一）引入新课

通过前面几节的学习，我们已经认识了微观世界里的一些神秘的现象，这一课我们将继续学习量子世界里能够反映微观粒子运动的基本特征，但又最具困惑性的不确定性关系。

我们首先来回顾一下前面所学的知识

1．1900年普朗克提出能量量子化，破除了能量连续变化的传统观念，把人们带进了量子世界

2．1905年爱因斯坦提出了光子说，很好了解释了光电效应现象，人们认识到了光的波粒二象性

3．1924年德布罗意由光的波粒二象性提出物质波概念

4．1927年GP汤姆逊用电子束的衍射现象证明物质波的存在

5．1926年玻恩为了解释物质波提出概率波

经典波动与德布罗意波(物质波)的区别讲述：经典的波动(如机械波、电磁波等)是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。而德布罗意波(物质波)是一种概率波。简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。

那么现在我们问：光的本性是什么?学生思考、回答：光具有波动性和粒子性，是一种概率波。我们知道经典的粒子应该具有这样的特征（PPT）。光子、电子等微观粒子的运动还能用质点的位置和动量来精确的描述它的运动吗?这一节课我们来学习有关知识。点评：复习学习过相关的物理认识史，提出问题，引发学生的好奇心，激发学习的兴趣。

活动2【讲授】新课教学

(二)进行新课

我们再来看一下光的单缝衍射实验【视频】

（优教提示：请打开素材“动画演示：光的单缝衍射（可变缝宽）”）

光子通过狭缝后做什么运动呢？如果用经典理论来解释，那应该是不受力，所以做匀速直线运动。在屏上应该出现等宽的亮纹，但事实并非如此，因为衍射落点会超出投影范围。如果用电子也是类似的图样。这是为什么呢，提出的光子、电子运动的轨迹是什么样的呢？

教师回答：其实不仅我们感到困惑，当时的科学家们也很苦恼。当时，有一位物理学家叫海森伯，被公认为20世纪最具创新能力的思想家之一。他当时有个很著名的观点：只有能观测到的物理量才是有意义的，其它都是无稽之谈。所以在大多数人还在想轨迹的可能性时，他认为观测不到，所以大胆抛弃了电子有确定轨道的观点，最终得出了不确定性关系。

（优教提示：请打开素材“动画演示：单缝衍射演示不确定关系”）

一．通过单缝衍射了解不确定性关系

限于认知水平，同学们不需要学习具体的推导过程，我们只是通过单缝衍射实验来认识一下。设有一束电子沿oy轴射向缝宽为a的狭缝,。如果我们仍用坐标x和动量p来描述这一电子的运动状态，那么我们不禁要问：一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说,电子通过狭缝的瞬时,其坐标x为多少?显然，这一问题，我们无法准确地回答,即我们不能准确地确定该电子通过狭缝时的坐标。如果将狭缝a减少一些，位置的不确定量便降低一些，我们可以用a的大小来作为位置不确定量的一个量度。

我们再来思考，该电子通过狭缝后打到哪个位置呢？回答：不清楚，但大量的粒子通过后，可以由波动规律知道打在哪里的概率最大。我们发现电子的运动出现了一定的偏移量，这说明了什么呢？（根据运动的合成与分解，在x方向上有了分速度）也不能测量出来，也就是说动量是不确定的，这个动量的不确定量我们可以用宽度b做为一个量度。

问题：单缝衍射实验中若减小缝宽，光子的位置不确定量，动量的不确定量如何变化？请结合刚才的实验现象解释？（让学生在应用中理解位置、动量的不确定量的变化关系）

在1927年海