174概率波、175不确定性关系-云南省昆明市黄冈实验学校人教版高中物理选修3-5教学设计

第4节 概率波 第5节 不确定性关系 一、内容及其解析： （一）内容：概率波、不确定关系（4课时）

（二）解析：本节课要学的内容是，其核心是光子、电子干涉条纹对玻恩的概率波理论的验证、通过单缝衍射实验，具体分析得出不确定关系。教学重点是概率波、不确定关系。解决重点关键是：研究好双缝干涉实验和单缝衍射实验。

二、目标及其解析

１、教学目标

①知道光波是一种概率波。

②初步了解不确定关系的内容。 2、目标解析

①知道光波是一种概率波：光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，光波是一种概率波

②通过单缝衍射实验分析，初步了解不确定关系的内容：π

4h p x ≥∆∆。 三、问题诊断分析

因此内容对于学生来讲很新颖，学生接受起来有困难。本节教学时应该让学生明确经典的粒子和经典的波的模型是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现，物质要么具有粒子性，要么具有波动性。通过观察电子干涉条纹图示让学生了解概率波是如何将波粒二象性集于一身的。

四、教学支持条件分析

传统教学

五、教学过程设计

第一部分 自学（约20%）

阅读教材P40—44完成下列填空

1、在经典的物理学的观念中，粒子有一定的 空间大小 、 质量 、有的还具有 电荷 。它们的运动遵从 牛顿运动定律 ，因此，任意时刻的确定的 位置和速度 以及时空中确定的 轨道 ，是经典物理学中粒子运动的基本特征，而经典的波其特征是具有 频率 和 波长 也就是具有时空的 周期性 。

2、在经典物理学中，可以同时用质点的 位置 和 动量 精确描述它的运动，如果知道了质点的 加速度 ，还可以预言它以后任意时刻的 位置 和 动量 。

3、用数学方法对微观粒子的 微观粒子 进行分析可以知道，如果以Δx 表示粒子的 位置的不确定量，以Δp 表示粒子 x 方向上动量的 不确定量，则有

π

4h p x ≥∆∆，这就是著名的 不确定性关系 。 4、在微观物理学中，不确定关系告诉我们，如果要准确地确定粒子的位置（即Δx 更小），则动量 的测量一定会更不准确（即Δp 更大），也就是说，不可能同时准确地测量粒子的 动量 和 位置 。

5、在波粒二象性和不确定关系的基础上，建立了 量子力学 ，对现象生活、生产和科学技术的发展起到了惊人的作用，比如现代半导体材料的研究和发展

等。

第二部分新课教学（互学约30%、导学约40%）

问题一：如何理解概率波？

设计意图：通过这组问题串，让学生明确光子本身是一种概率波

师生活动：通过案例，教师提出问题，学生分析讨论回答问题。

问题1：用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图甲、乙、丙所示的图象．

(1)图象甲是曝光时间很短的情况，光点的分布有什么特点？说明了什么问题？

当曝光时间很短时，屏上的光点是随机分布的，具有不确定性，说明了光具有粒子性．

(2)图象乙是曝光时间稍长情况，当光子数较多时落在哪些区域的概率较大？可用什么规律来确定？

落在某些条形区域的概率较大，这种概率可用波动规律来确定

(3)图象丙是曝光时间足够长的情况，体现了光的什么性？怎样解释上述现象？

光的波动性．综合上面三个图象可知，少量光子呈现粒子性，大量光子呈现波动性，而且光是一种概率波．

问题2：什么是概率波？

光波是一种概率波：光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，光波是一种概率波

问题3：物质波是概率波？

对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动的规律确定，对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概率波．

问题4：光的波粒二象性的统一？

①大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出粒子性

②光的波长越长，频率越小，波动性越明显；光的波长越长，频率越大，粒子性越明显

③当光和其他物质发生相互作用时表现为粒子性，当光在传播时表现为波动性

④光子的能量与其对应的频率成正比，能量表现了光的波动特征，而频率表现了光的粒子性，二者通过普朗克常量联系在一起。

问题5：对光是概率波的理解？

①单个光子运动的偶然性

②大量光子运动的必然性

③光的波动性与粒子性的统一

问题6：经典的粒子和经典的波