《2022年高二物理《不確定關(guān)系》教學(xué)設(shè)計教案》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2022年高二物理《不確定關(guān)系》教學(xué)設(shè)計教案(4頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、2022年高二物理不確定關(guān)系教學(xué)設(shè)計教案新課標(biāo)要求(一)知識與技能1了解不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計算2了解物理模型與物理現(xiàn)象(二)過程與方法經(jīng)歷科學(xué)探究過程,認(rèn)識科學(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,驗證物理規(guī)律。(三)情感、態(tài)度與價值觀能領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧,發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲,樂于探究自然界的奧秘,能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學(xué)重點 不確定關(guān)系的概念 教學(xué)難點 對不確定關(guān)系的定量應(yīng)用教學(xué)方法 教師啟發(fā)、引導(dǎo),學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具: 投影片,多媒體輔助教學(xué)設(shè)備課時安排 1 課時教學(xué)過程(一)引入新課提問:對光的本性的認(rèn)識?學(xué)生思考、回答:光具有波動性和粒子性,
2、是一種概率波。設(shè)疑:既然光是粒子,那么它的運動還遵守牛頓運動定律嗎?還能用質(zhì)點的位置和動量來描述它的運動嗎?點評:引發(fā)學(xué)生的好奇心,激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。教師:回答是否定的。光子的運動具有不確定性。這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)知識。(二)進(jìn)行新課1德布羅意波的統(tǒng)計解釋1926年,德國物理學(xué)玻恩 (Born , 1882-1972) 提出了概率波,認(rèn)為個別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性,但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。展示演示文稿資料:玻恩點評:應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料,不僅有真實感,增強了說服力,同時也能對學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育,有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神,激發(fā)學(xué)生的探索精神。
3、2經(jīng)典波動與德布羅意波(物質(zhì)波)的區(qū)別講述:經(jīng)典的波動(如機械波、電磁波等)是可以測出的、實際存在于空間的一種波動。而德布羅意波(物質(zhì)波)是一種概率波。簡單的說,是為了描述微觀粒子的波動性而引入的一種方法。3不確定度關(guān)系(uncertainty relatoin)經(jīng)典力學(xué):運動物體有完全確定的位置、動量、能量等。微觀粒子:位置、動量等具有不確定量(概率)。(1)電子衍射中的不確定度展示演示文稿資料:如圖所示,一束電子以速度 v 沿 oy 軸射向狹縫。電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。講述:在經(jīng)典力學(xué)中,粒子(質(zhì)點)的運動狀態(tài)用位置坐標(biāo)和動量來描述,而且這兩個量都可以同時準(zhǔn)確地予以測定。然而,
4、對于具有二象性的微觀粒子來說,是否也能用確定的坐標(biāo)和確定的動量來描述呢?下面我們以電子通過單縫衍射為例來進(jìn)行討論。設(shè)有一束電子沿oy軸射向屏AB上縫寬為a的狹縫,于是,在照相底片CD上,可以觀察到如下圖所示的衍射圖樣。如果我們?nèi)杂米鴺?biāo)x和動量p來描述這一電子的運動狀態(tài),那么,我們不禁要問:一個電子通過狹縫的瞬時,它是從縫上哪一點通過的呢?也就是說,電子通過狹縫的瞬時,其坐標(biāo)x為多少?顯然,這一問題,我們無法準(zhǔn)確地回答,因為此時該電子究竟在縫上哪一點通過是無法確定的,即我們不能準(zhǔn)確地確定該電子通過狹縫時的坐標(biāo)。研究表明:對于第一衍射極小,式中為電子的德布羅意波長。電子的位置和動量分別用x和p來表
5、示。電子通過狹縫的瞬間,其位置在 x 方向上的不確定量為同一時刻,由于衍射效應(yīng),粒子的速度方向有了改變,縫越小,動量的分量 px變化越大。分析計算可得:式中h為普朗克常量。這就是著名的不確定性關(guān)系,簡稱不確定關(guān)系。上式表明:許多相同粒子在相同條件下實驗,粒子在同一時刻并不處在同一位置。用單個粒子重復(fù),粒子也不在同一位置出現(xiàn)。例題解析:例1一顆質(zhì)量為10g 的子彈,具有200ms-1的速率,若其動量的不確定范圍為動量的0. 01%(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?解:子彈的動量動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我們知道,原子核的數(shù)量級為10-1
6、5m,所以,子彈位置的不確定范圍是微不足道的??梢娮訌椀膭恿亢臀恢枚寄芫_地確定,不確定關(guān)系對宏觀物體來說沒有實際意義。 例2一電子具有200 m/s的速率,動量的不確定范圍為動量的0.01%(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: 電子的動量為動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我們知道原子大小的數(shù)量級為10-10m,電子則更小。在這種情況下,電子位置的不確定范圍比原子的大小還要大幾億倍,可見企圖精確地確定電子的位置和動量已是沒有實際意義。 4微觀粒子和宏觀物體的特性對比宏觀物體微觀粒子具有確定的坐標(biāo)和動量,可用牛頓力學(xué)描述。沒有確定的坐標(biāo)和動量,需用量子
7、力學(xué)描述。有連續(xù)可測的運動軌道,可追蹤各個物體的運動軌跡。有概率分布特性,不可能分辨出各個粒子的軌跡。體系能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值。能量量子化 。不確定度關(guān)系無實際意義遵循不確定度關(guān)系5不確定關(guān)系的物理意義和微觀本質(zhì)(1)物理意義:微觀粒子不可能同時具有確定的位置和動量。粒子位置的不確定量越小,動量的不確定量就越大,反之亦然。(2) 微觀本質(zhì):是微觀粒子的波粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計規(guī)律的必然結(jié)果。不確定關(guān)系式表明: 微觀粒子的坐標(biāo)測得愈準(zhǔn)確() ,動量就愈不準(zhǔn)確() ;微觀粒子的動量測得愈準(zhǔn)確() ,坐標(biāo)就愈不準(zhǔn)確() 。但這里要注意,不確定關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測不準(zhǔn);也不是
8、說微觀粒子的動量測不準(zhǔn);更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量都測不準(zhǔn);而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時測準(zhǔn)。 為什么微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時測準(zhǔn)?這是因為微觀粒子的坐標(biāo)和動量本來就不同時具有確定量。這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性的必然反映。由以上討論可知,不確定關(guān)系是自然界的一條客觀規(guī)律,不是測量技術(shù)和主觀能力的問題。 不確定關(guān)系提供了一個判據(jù):當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時,則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運動。當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時,那只能用量子力學(xué)理論來處理問題。(三)課堂小結(jié)教師活動:讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié),其他同學(xué)在筆記本上總結(jié),然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動:認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容,并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié),看誰的更好,好在什么地方。點評:總結(jié)課堂內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。教師要放開,讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同,從而構(gòu)建他們自己的知識框架。(四)作業(yè):“問題與練習(xí)”14題。 教學(xué)體會思維方法是解決問題的靈魂,是物理教學(xué)的根本;親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵,離開了思維方法和實踐活動,物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花,水中月。