4.4 德布罗意波、4.5不确定性关系 教学设计

《德布罗意波》、《不确定性关系》教学设计
教学目标：
知道实物粒子和光子一样具有波动性。知道德布罗意波长和粒子动量的关系；
通过电子衍射的实验，了解实物粒子也具有波动性。通过讨论与交流，认识到无法观察宏观物体的波动性的原因；
能借助光的衍射实验理解位置和动量的不确定关系；
通过德布罗意假说的提出，学习科学假说的思想方法，培养创新精神。
教学重点：
1、实物粒子和光子一样具有波粒二象性
2、德布罗意波长和粒子动量关系
3、位置和动量的不确定关系
教学难点：
理解实物粒子的波动性
教学方法：
阅读，讨论与交流、讲授。
课时安排：1课时
复习引入：
波的衍射：水波在遇到小障碍物或者小孔时，能绕过障碍物或穿过小孔继续向前传播，这种现象叫作波的衍射。
光的衍射：用平行光照射狭缝，当缝很窄时，在屏上出现明暗相间的条纹。
新课教学：
电子衍射
情境：1925年，美国工程师戴维森在一次实验中发现了电子的衍射现象，1927年，他宣布获得了电子束在晶体上的衍射图样。几乎同时，英国物理学家G.P.汤姆孙也独立发现了电子在晶体上的衍射现象。
【思考问题】电子的衍射现象说明电子具有什么性质？
总结：实物粒子具有光一样的波粒二象性。
德布罗意波假说
1、1924年，法国物理学家提出假设：实物粒子和光一样具有波粒二象性；
2、德布罗意波：与实物粒子相联系的波，也叫物质波。
3、实物粒子的波长与其动量之间的关系：
探究活动：电子的质量为，速度大小为。请计算电子对应的德布罗意波长。
【讨论与交流】宏观物体能显示出波动性吗？质量为10g的子弹，速度为500m/s，它对应的德布罗意波长是多少？有可能让这样一束子弹打在靶上而出现干涉或衍射现象吗？
不确定性关系
提出问题：在微观领域，我们能否精确描述微观粒子的位置和运动状态？
情境：在光的单缝衍射实验中，光的到达位置超出了夹缝投影的范围，夹缝越窄，投射的范围越宽。
分析：（1）入射粒子有确定的动量，但它们在挡板左侧的位置却不确定。调窄夹缝宽度，使入射粒子位置的不确定量减小。
粒子沿水平方向通过夹缝后到达了缝的投影位置之外，说明这些粒子具有了与其原运动方向垂直的动量。中央亮条纹的宽度可以衡量垂直方向上动量不确定性的大小。
调窄夹缝，中央亮条纹的宽度就越大，粒子的动量不确定性就增大。
微观粒子的位置的确定性与其动量的确定性无法同时确定。
微观粒子的位置不确定量与其动量的不确定量遵守不等式：
在微观领域，只能通过概率波作统计性描述微观粒子的位置和运动状态。
【讨论与交流】宏观物体的位置与动量之间也存在不确定关系吗？如果将不确定关系式应用与宏观物体上，是否还有意义？为什么？
练习：设一电子和以质量为10g的子弹的速率均为500m/s，其动量的不确定范围为0.01%，若位置和速率在同一实验中同时测量，试问它们位置的最小不确定量各为多少？（电子质量）
课堂小结：
1、实物粒子和光子一样具有波粒二象性；
2、德布罗意波波长和粒子动量的关系为；
3、微观粒子的位置不确定量与其动量的不确定量遵守不等式：
课后作业：
完成练习册