學(xué)年17.2《光的粒子性》第2課時課件

1、金太陽好教育云平臺金太陽好教育云平臺 1. 通過實驗了解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。通過實驗了解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。2. 知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。3. 了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量。了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量。 首先對光的波粒二象性，即光同時具有波的特點和粒子的特性，引出首先對光的波粒二象性，即光同時具有波的特點和粒子的特性，引出光的另一種特性：粒子性。接著介紹康普頓效應(yīng)和康普頓散射的實驗裝置光的另一種特性：粒子性。接著介紹康普頓效應(yīng)和康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律，通過動畫，觀察康普頓效應(yīng)的原理。然后對康普頓效應(yīng)的疑難部與規(guī)律，通過動畫，觀察康普頓效應(yīng)的

2、原理。然后對康普頓效應(yīng)的疑難部分提出問題，又通過分提出問題，又通過“光子光子”的概念解釋了康普頓效應(yīng)現(xiàn)象，最后對康普的概念解釋了康普頓效應(yīng)現(xiàn)象，最后對康普頓效應(yīng)的實驗意義進行說明。頓效應(yīng)的實驗意義進行說明。 本節(jié)內(nèi)容重點是了解人類對光本性認識的發(fā)展史，了解物理學(xué)的曲折本節(jié)內(nèi)容重點是了解人類對光本性認識的發(fā)展史，了解物理學(xué)的曲折發(fā)展過程和研究方法，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生受到辯證唯物主發(fā)展過程和研究方法，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生受到辯證唯物主義教育，初步認識光的波動性與粒子性，且光具有波粒二象性是學(xué)習(xí)的難義教育，初步認識光的波動性與粒子性，且光具有波粒二象性是學(xué)習(xí)的難點。課堂教學(xué)中要

3、能夠聯(lián)系以往的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問題、提點。課堂教學(xué)中要能夠聯(lián)系以往的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，要調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增加視頻、動畫等多媒體演示，穿插出問題，要調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增加視頻、動畫等多媒體演示，穿插介紹物理學(xué)史是十分必要的。介紹物理學(xué)史是十分必要的。 白天的天空各處都是亮的；航天員在大氣外飛行時，盡白天的天空各處都是亮的；航天員在大氣外飛行時，盡管太陽的光線耀眼刺目，其他地方的天空卻是黑的，甚至可管太陽的光線耀眼刺目，其他地方的天空卻是黑的，甚至可以看見星星。這是為什么？以看見星星。這是為什么？ 光光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而相

4、互作用，因而傳播方向發(fā)生傳播方向發(fā)生改改變，這種變，這種現(xiàn)象叫做現(xiàn)象叫做光的光的散射散射。 1923 年年康普頓在康普頓在做做 X 射線射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射有關(guān)，而與入射線線波長和波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。散射物質(zhì)都無關(guān)。1. 光的散射2. 康普頓效應(yīng)3. 康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律晶體晶體光光 闌闌X 射線管射線管探探測測器器X 射線譜儀射線譜儀 石墨體石墨體(散射物質(zhì)散射

5、物質(zhì))康普康普頓正頓正在測在測晶體晶體對對 X 射線射線的散的散射射按經(jīng)典電磁理論：如果如果入射入射 X光是光是某種波某種波長的電磁波，長的電磁波， 散射光的散射光的波長是不會改變的！波長是不會改變的！康普頓散射曲線的特點(1) 除除原原波長波長 0 外外出現(xiàn)了移向出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射長波方向的新的散射波長波長 。(2) 新波長新波長 隨隨散射角的增大散射角的增大而增大。而增大。散射散射中出現(xiàn)中出現(xiàn) 0 的的現(xiàn)象，稱現(xiàn)象，稱為康普頓散射。為康普頓散射。波長的偏移為0 = 45. . . . . . . . . .（A）0.7000.750波長波長 . . 0 = 0 = 90 = 13

6、5康普頓散射稱為電子的稱為電子的Compton波長波長 波長波長的偏移只與的偏移只與散射角散射角 有關(guān)，有關(guān)，而與散射而與散射物質(zhì)種類物質(zhì)種類及入射及入射的的 X 射線射線的的波長波長 0 無關(guān)。無關(guān)。c = 0.0241 = 2.41 10-3 nm（實驗值）（實驗值）0c(1 cos ) 只有當(dāng)入射波長只有當(dāng)入射波長 0 與與 c 可比擬時，康普頓效應(yīng)才顯著，可比擬時，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用因此要用 X 射線才能觀察到康普頓散射射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到，用可見光觀察不到康普頓散射。康普頓散射。1. 經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難(1) 根據(jù)根據(jù)經(jīng)典電磁波理論

7、，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率其頻率等于入射光頻率，所以，所以它所發(fā)射的它所發(fā)射的散射光頻率散射光頻率應(yīng)等于應(yīng)等于入射光頻率入射光頻率。(2) 無法無法解釋波長改變和散射角關(guān)系。解釋波長改變和散射角關(guān)系。2. 光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋(1) 若若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，子，散射光子散射光子的能量減少，于是的能量減少，于是散射光散射光的波長大于的波長大于入射入射光光的波長。的波長。 (2) 若若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞

8、，光子將與整個光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。 (3) 因為因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。改變和散射角有關(guān)。1. 有力有力地支持了愛因斯坦地支持了愛因斯坦“光量子光量子”假設(shè)；假設(shè)； 2. 首次首次在實驗上證實了在實驗上證實了“光子具有動量光子具有動量”的假設(shè)；的假設(shè)；3. 證實證實了了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量

9、守恒在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。定律仍然是成立的。 康康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾的幾篇論篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是文中，一直認為散射光頻率的改變是由于由于“混進來了某種混進來了某種熒光輻射熒光輻射”；在計算中起先；在計算中起先只考慮只考慮能量守恒，后來才認識能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒。到還要用動量守恒。（1897-19771897-1977） 吳有訓(xùn)吳有訓(xùn)2mcmcE E h hE E 2c ch hm m 動量能量是描述粒子的頻率和波長則是用來描述波的2hhhpmcccc 1. 康普頓效應(yīng)

10、康普頓效應(yīng) 3. 康普頓散射康普頓散射實驗的意義實驗的意義2. 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)解釋中的疑難解釋中的疑難 4. 光子的動量光子的動量 1. 關(guān)于關(guān)于光子說的基本內(nèi)容有以下幾點，不正確的光子說的基本內(nèi)容有以下幾點，不正確的是是 ( ) A. 在在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一一 份份叫一個光子叫一個光子 B. 光是光是具有質(zhì)量、能量和體積的物質(zhì)微粒子具有質(zhì)量、能量和體積的物質(zhì)微粒子 C. 光子光子的能量跟它的頻率成正比的能量跟它的頻率成正比 D. 光子光子客觀并不存在，而是人為假設(shè)客觀并不存在，而是人為假設(shè)的的 B2. 能能引起人的視覺

11、感應(yīng)的最小能量引起人的視覺感應(yīng)的最小能量為為 1018 J，已知可，已知可見光的平均波長約見光的平均波長約為為 0.6 m，則進入人眼的光子數(shù)至，則進入人眼的光子數(shù)至少為少為 個個，恰能引起人眼的，恰能引起人眼的感覺感覺。33. 關(guān)于關(guān)于光電效應(yīng)下述說法中正確的光電效應(yīng)下述說法中正確的是是 ( ) A. 光電子光電子的最大初動能隨著入射光的強度增大而增大的最大初動能隨著入射光的強度增大而增大 B. 只要只要入射光的強度足夠強，照射時間足夠長，就入射光的強度足夠強，照射時間足夠長，就一一 定定能產(chǎn)生光電效應(yīng)能產(chǎn)生光電效應(yīng) C. 在在光電效應(yīng)中，飽和光電流的大小與入射光的光電效應(yīng)中，飽和光電流的大

12、小與入射光的頻率頻率 無關(guān)無關(guān) D. 任何任何一種金屬都有一個極限頻率，低于這個頻率一種金屬都有一個極限頻率，低于這個頻率的的 光光不能發(fā)生光電效應(yīng)不能發(fā)生光電效應(yīng)D4. 在在可見光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能量最大？想可見光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能量最大？想想看，這種光是否一定最亮？為什么？想看，這種光是否一定最亮？為什么？ 在在可見光范圍內(nèi)，紫光的光子能量最大，因為其頻率可見光范圍內(nèi)，紫光的光子能量最大，因為其頻率最最高。高。但但紫紫光不是最亮的光不是最亮的。因為。因為光的亮度由兩個因素決定光的亮度由兩個因素決定，一一為光強為光強，二二為人眼的視覺靈敏度為人眼的視覺靈敏度。在。在光強相同的前提下，由光強相同的前提下，由于人眼對可見光中心部位的黃綠色光感覺最靈敏，因此黃綠于人眼對可見光中心部位的黃綠色光感覺最靈敏，因此黃綠色光應(yīng)最亮色光應(yīng)最亮。5. 在在光電效應(yīng)實驗光電效應(yīng)實驗中，如果中，如果入射光強度增加，將產(chǎn)生什入射光強度增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果么結(jié)果？如果？如果入射光頻率增加入射光頻率增