不锈钢的标识方法.doc

同学们,大家好!今天我们来一起探究一下第五节,不确定关系
引入:
同学们,通过前面几节课的学习,大家对光的本性有了一定的认识,那么光到底是一种具有什么样性质的物质呢?
(学生:光具有波动性和粒子性)
老师:同学们回答得很好,光具有波动性和粒子性,那光是一种什么波?
(学生:电磁波)
老师:光是电磁波,但它满足概率分布,是一种概率波。
那么,同学们再思考一个问题,既然光是粒子,它的运动遵守牛顿运动定律吗?
(…….)
其实光子是不满足牛顿运动定律的,因为微观粒子的运动具有不确定性。这节课我们就来学习有关知识。
新课:
(一)光子不遵守牛顿运动定律
让我们再重新观察(回顾一下)光的单缝衍射实验
当一束平行光,射向带有狭缝的挡板时,在光通过狭缝之后,光屏上会产生怎样的图案呢?
我们来一起画一下草图,我们用带有箭头的线来表示平行光,挡板和屏是平行的。
(作图)
若光是经典粒子,它在从光源飞向屏的过程中,根据几何光学,我们知道,它在屏上的落点应在缝的投影之内。
(补充作图)
但我们知道,光子具有波动性
(ppt演示),
会发生衍射,那么,它到达屏上的落点会超出缝的投影范围。
光子发生了衍射现象,说明光子的运动方向发生了改变,即具有了这方向的速度,
(作图)
我们把速度按水平与竖直方向分解,
(作图)
此时光子具有了竖直方向上的速度,即光子具有了竖直方向的动量。
(标出p)
我们知道,物体运动状态发生改变,说明物体受到了力,那么(这个)力又来自哪呢?
(同学们回答.........)
其实是没有力的。
我们可以从两个角度来分析:
如果它们受到了力,那么在进入狭缝之前就分开了(画线),但实际上,它们并没有分开,所以(它们)没有受到力的作用。
科学家们还做过让光子一个一个通过狭缝的实验,也会发生衍射现象,这也可以说明光子运动状态的改变,不是因为受力的作用。
既然光子不受到力,而它的运动方向却发生了改变,说明光子已不再遵守牛顿运动定律。
既然光子已不再遵守牛顿运动定律了,那么会服从什么规律?
我们接下来就分析,光子遵守什么规律。
不确定关系证明
1)、同学们,在经典力学中,我们是用什么物理量来描述物体的运动的?
(位移、时间、速度、加速度)
粒子的运动状态可以用位置坐标和动量来描述。而且这两个量都可以同时准确地测定。
比如说,现在有一个质量为5kg的小球由静止开始,自由下落,经过5s之后,可不可以确定它的速度?
(作图列式:=50m/s)
那么它的动量呢,就是p=mv=
可不可以确定它的位置?
(列式:=125m)
然而,对于具有波粒二象性的微观粒子来说,是不是也能用确定的坐标和确定的动量来描述?
让我们再回过头看一下单缝衍射实验(或:同学们请看黑板)
为了分析方便,我们建立一个直角坐标系,水平方向为Y轴,竖直方向为X轴
设一束光子沿Oy轴射向宽为a的狭缝,现在我们来研究一下一个光子通过狭缝的情况。
如果我们用坐标x和动量p来描述这一光子的运动状态,那么,我们不禁要问:一个光子通过狭缝的瞬间,它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说,光子通过狭缝的瞬间,其坐标x为多少?
显然这个问题,我们无法准确地回答。
因为光子可以从狭缝的上边沿通过,
(画图)
也可以从狭缝的下边沿通过,
(补充画图)
还可以从狭缝中间通过,
(补充作图)
因此,光子在通过狭缝时的位置是不确定的,即我们不能准确地确定该光子通过狭缝时的坐标。
但是,我们可以确定光子在通过狭缝时的位置范围是从这到这的,
(补充作图标出)
即位置的不确定量。我们用狭缝宽a表示
2)、经过前面的分析,我们知道,光子在通过狭缝时,有了竖直方向上的动量。我们假设到达中央亮条纹上边沿的光子,具有垂直方向的p为10
(标出)
那么,同学们,光子可不可以到达这个位置呢?
(作图、标出)
这个位置呢?
(作图、标出)
这个位置呢?
(作图、标出)
是不是只要这个范围就都是可以的?
那么,它在垂直方向上的p可不可以为7?可不可以为4?可不可以为0? (竖直方向动量)最大是多少?
(10)
既然可以的话,那么动量的变化范围就是0~10,我们可以说,动量的不确定量就是0~10
3)、现在,我们模拟单缝衍射现象,同学们看,当狭缝变窄了,出现了什么现象?
狭缝变窄了,中央亮条纹变宽了。为什么狭缝变窄,亮条纹会变宽?
(发生了明显衍射)
我们从另一个角度来分析:
当狭缝变窄后,亮条纹变宽了,竖直方向动量变化范围增大了,到达上边沿的光子在竖直方向上的动量比10大,我们假设它为20,那么,光子竖直方向动量的不确定量就变成了0~20
(0~20)
在没有改变缝