第十七章教案---波粒二象性(參考版)
2025-08-08 15:45本頁面
【正文】 。③ 不確定關(guān)系提供了一個(gè)判據(jù)：當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時(shí)，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運(yùn)動(dòng)。這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性的必然反映。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)；也不是說微觀粒子的動(dòng)量測不準(zhǔn)；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測不準(zhǔn)；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測準(zhǔn)。（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(jì)規(guī)律的必然結(jié)果。不確定度關(guān)系無實(shí)際意義遵循不確定度關(guān)系不確定關(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(shí)具有確定的位置和動(dòng)量。體系能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值。有連續(xù)可測的運(yùn)動(dòng)軌道，可追蹤各個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。 微觀粒子和宏觀物體的特性對(duì)比宏觀物體微觀粒子具有確定的坐標(biāo)和動(dòng)量，可用牛頓力學(xué)描述。 例2：一電子具有200 m/s的速率，%(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(dòng)量為：動(dòng)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(jí)為1010m，電子則更小。s1的速率，若其動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)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(dòng)量動(dòng)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(jí)為1015m，所以，子彈位置的不確定范圍是微不足道的。②用單個(gè)粒子重復(fù)，粒子也不在同一位置出現(xiàn)。這就是著名的不確定性關(guān)系，簡稱不確定關(guān)系。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(shí)刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動(dòng)量的分量 px變化越大。研究表明：對(duì)于第一衍射極小， 式中為電子的德布羅意波長。 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。在經(jīng)典力學(xué)中，粒子（質(zhì)點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用位置坐標(biāo)和動(dòng)量來描述，而且這兩個(gè)量都可以同時(shí)準(zhǔn)確地予以測定。（1）電子衍射中的不確定度 如圖所示，一束電子以速度 v 沿 oy 軸射向狹縫。不確定度關(guān)系（uncertainty relatoin） 經(jīng)典力學(xué)：運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等。而德布羅意波（物質(zhì)波）是一種概率波。教學(xué)過程：第五節(jié) 不確定關(guān)系（一）引入新課提問：對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)？（光具有波動(dòng)性和粒子性，是一種概率波）設(shè)疑：既然光是粒子，那么它的運(yùn)動(dòng)還遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律嗎？還能用質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量來描述它的運(yùn)動(dòng)嗎？（二）進(jìn)行新課德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋 1926年，德國物理學(xué)玻恩 （Born ， 18821972） 提出了概率波，認(rèn)為個(gè)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(jì)規(guī)律。教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)重點(diǎn)：不確定關(guān)系的概念。過程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識(shí)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(yàn)證物理規(guī)律。例題：103J，其中可見光部分約占45%，太陽向各個(gè)方向的輻射是均勻的，日地之間距離為R=1011m，估算出太陽每秒輻射出的可見光的光子數(shù)。光的波動(dòng)性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)： 大量光子行為顯示波動(dòng)性；個(gè)別光子行為顯示粒子性；光的波長越長，波動(dòng)性越強(qiáng)；光的波長越短，粒子性越強(qiáng)。光的波動(dòng)性可看做是大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測。實(shí)驗(yàn)二：暴光時(shí)間足夠長，有大量光子通過狹縫，底片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋。問題：在微觀世界中，如何把波的圖象與粒子的圖象統(tǒng)一起來呢？光波是概率波（1）光強(qiáng) 光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)單位面積的光的能量，也就是明條紋處到達(dá)的光子多，暗條紋處到達(dá)的光子數(shù)少。那么對(duì)于光和電子、質(zhì)子等粒子，這兩種互不相容的屬性又能“集于一身”呢？（二）進(jìn)行新課光的波粒二象性 17世紀(jì)的微粒說和波動(dòng)說是兩種對(duì)立的學(xué)說，都受到傳統(tǒng)觀念的影響，因?yàn)閭鹘y(tǒng)觀念認(rèn)為在宏觀現(xiàn)象中波動(dòng)性和粒子性是對(duì)立的。結(jié)論：光具有波動(dòng)性。是驗(yàn)證光的波粒二象性的重要物理實(shí)驗(yàn)之一。教學(xué)過程：第四節(jié) 概 率 波（一）引入新課（1）康普頓散射實(shí)驗(yàn)：康普頓效應(yīng)是γ射線或X 射線打在物質(zhì)上，與物質(zhì)中原子的核外電子發(fā)生相互作用，作用后產(chǎn)生散射光子和反沖電子的效應(yīng)。教學(xué)用具：PP演示文稿（科學(xué)家介紹，本節(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu)）。教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解。人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認(rèn)識(shí)光的本性的。過程與方法（1）領(lǐng)悟什么是概率波；（2）了解物理學(xué)中物理模型的特點(diǎn)初步掌握科學(xué)抽象這種研究方法；（3）通過數(shù)形結(jié)合的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)工具在物理科學(xué)中的作用。除了電子以外，后來還陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性。 閱讀有關(guān)物理學(xué)歷史資料，了解物理學(xué)有關(guān)知識(shí)的形成建立和發(fā)展的真是過程。分別計(jì)算它們的德布羅意波長。）（1）德布羅意波：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅意波。光子的能量與頻率以及動(dòng)量與波長的關(guān)系。光的分立性和連續(xù)性是相對(duì)的，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 我們不能片面地認(rèn)識(shí)事物，能舉出本學(xué)科或其他學(xué)科或生活中類似的事或物嗎？（二）進(jìn)行新課光的波粒二象性 講述光的波粒二象性，進(jìn)行歸納整理。教學(xué)過程：第三節(jié) 嶄新的一頁：粒子的波動(dòng)性（一）引入新課提問：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1