高三物理教案：《康普頓效應(yīng)》教學(xué)設(shè)計

1、高三物理教案：康普頓效應(yīng)教學(xué)設(shè)計康普頓效應(yīng)三維教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能(1) 了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量(2) 了解光既具有波動性，又具有粒子性 ;(3) 知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性 ;(4) 了解光是一種概率波。2、過程與方法：(1) 了解物理真知形成的歷史過程 ;(2) 了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實驗事實以及實驗對于物理研究的重 要性;(3) 知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。3、情感、態(tài)度與價值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué) 的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的 艱辛與喜悅。教學(xué)重點：實物粒子和光子一樣具有波粒二象性 教學(xué)難點：實物粒子

2、的波動性的理解。教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。 教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備(一)引入新課提問：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實表現(xiàn)，那 么我們究竟怎樣來認識光的本質(zhì)和把握其特性呢 ?(光是一種物質(zhì)，它既 具有粒子性，又具有波動性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性，分別舉 出有關(guān)光的干涉衍射和光電效應(yīng)等實驗事實 )。我們不能片面地認識事物，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)進行新課1、康普頓效應(yīng)(1)光的散射：光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā) 生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。(2)康普頓效應(yīng)1923年康普頓在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實驗

3、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)，而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。(3)康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：按經(jīng)典電磁理論：如果入射 X 光是某種波長的電磁波，散射光的 波長是不會改變的 !散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為康普頓散射?？灯疹D散射曲線的特點： 除原波長外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長 新波長隨散射角的增大而增大。波長的偏移為波長的偏移只與散射角 有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長 無關(guān)，=0.0241?=2.41 X 10-3nflm 驗值)稱為電子的 Compton 波長只有當(dāng)入射波長 與 可比擬時，康普頓效應(yīng)才顯

4、著，因此要用 X 射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。(4) 經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難 根據(jù)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，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率 應(yīng)等于入射光頻率。 無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。(5) 光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋 若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射 光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。 若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)碰撞理論， 碰撞前后光子 能量幾乎不變，波長不變。 因為碰撞中交換的能

5、量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散 射角有關(guān)。(6) 康普頓散射實驗的意義 有力地支持了愛因斯坦 “光量子 ”假設(shè); 首次在實驗上證實了 “光子具有動量 ”的假設(shè) ; 證實了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2、光的波粒二象性講述光的波粒二象性，進行歸納整理。(1)我們所學(xué)的大量事實說明：光是一種波，同時也是一種粒子， 光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對的，是不同條件下的 表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計規(guī)律。(2)光子在空間各點出現(xiàn)的概率遵從波動規(guī)律，物理學(xué)中把光波叫 做概率波。3、光的波動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性 ;個別光子行為顯示粒子性 ;光的波長越 長，波動性越強 ;光的波長越短，粒子性越強。光的波動性不是光子之 間相互作用引起的，是光子本身的一種屬性。例題：已知每秒從太陽射到地球上垂直于太陽光的每平方米截面 上的輻射能為1.4 X 103J其中可見光部分約占45%,