第2章 第3節(jié)　康普頓效應(yīng)及其解釋 第4節(jié)　光的波粒二象性

1、.第三節(jié)康普頓效應(yīng)及其解釋第四節(jié)光的波粒二象性學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.理解康普頓效應(yīng)，知道康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證明了光的粒子性重點(diǎn)2理解光的波粒二象性，知道光是一種概率波難點(diǎn)康普頓效應(yīng)及其解釋1康普頓效應(yīng)：用光照射物體時(shí)，散射出來(lái)的光的波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)的現(xiàn)象，稱為康普頓效應(yīng)2光子的動(dòng)量：p1散射光波長(zhǎng)的變化，是入射光與物質(zhì)中的自由電子發(fā)生碰撞的結(jié)果2光子與電子作用過(guò)程中，總能量、總動(dòng)量均守恒3光的電磁理論可以解釋康普頓效應(yīng)×太陽(yáng)光從小孔射入室內(nèi)時(shí)，我們從側(cè)面可以看到這束光；白天的天空各處都是亮的；宇航員在太空中盡管太陽(yáng)光耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的為什么？【提示】地球上存在著大氣，

2、太陽(yáng)光經(jīng)大氣中的微粒散射后傳向各個(gè)方向；而在太空中的真空環(huán)境下，光不再散射，只向前傳播1經(jīng)典解釋電磁波的解釋單色電磁波作用于比波長(zhǎng)尺寸小的帶電粒子上時(shí)，引起受迫振動(dòng)，向各方向輻射同頻率的電磁波經(jīng)典理論可以解釋頻率不變的一般散射，但對(duì)康普頓效應(yīng)不能作出合理解釋2光子理論解釋在X射線散射現(xiàn)象中，假定X射線光子與電子發(fā)生完全彈性碰撞，這種碰撞跟臺(tái)球比賽中的兩球碰撞很相似按照愛因斯坦的光子說(shuō)，一個(gè)X射線光子不僅具有能量h，而且還有動(dòng)量相對(duì)X射線光子的能量，物質(zhì)中電子的能量是很小的，電子可以近似看做是靜止的如圖2­3­1所示，這個(gè)光子與靜止的電子發(fā)生彈性碰撞，碰撞過(guò)程中光子和電子的總

3、能量守恒，總動(dòng)量也守恒，光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子，能量由h減小為h，因此頻率減小，波長(zhǎng)變長(zhǎng)同時(shí)，光子要把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因此光子動(dòng)量變小，從p看，動(dòng)量p減小也意味著波長(zhǎng)變大，因此有些光子散射后波長(zhǎng)變長(zhǎng)了圖2­3­11康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量，如圖2­3­2給出了光子與靜止電子碰撞后電子的運(yùn)動(dòng)方向，那么碰后光子可能沿_方向選填“1“2或“3，且波長(zhǎng)變_圖2­3­2【解析】康普頓效應(yīng)第一次從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了愛因斯坦提出的關(guān)于光子具有動(dòng)量的假設(shè)光子和電子、質(zhì)子這樣的實(shí)物粒子一樣，不僅具有能量，也具有動(dòng)量，碰撞過(guò)程中能量

4、守恒，動(dòng)量也守恒根據(jù)動(dòng)量守恒，碰后光子不可能沿2、3方向，根據(jù)能量守恒，在散射波中，除了原波長(zhǎng)的波以外，還出現(xiàn)波長(zhǎng)增大的波【答案】1長(zhǎng)2假設(shè)一個(gè)光子與一個(gè)靜止的電子碰撞，光子并沒(méi)有被吸收，只是被電子反彈回來(lái)，散射光子的頻率與原來(lái)光子的頻率相比哪個(gè)大？為什么？【解析】碰撞后光子動(dòng)量減小，而p，所以波長(zhǎng)變大，又由c知變小【答案】見解析1康普頓提出的理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，從而進(jìn)一步說(shuō)明了光具有粒子性2產(chǎn)生光電效應(yīng)或康普頓效應(yīng)取決于入射光的波長(zhǎng)：當(dāng)波長(zhǎng)較短的X射線或射線入射時(shí)，產(chǎn)生康普頓效應(yīng)；當(dāng)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見光或紫外線入射時(shí)，主要產(chǎn)生光電效應(yīng)光的波粒二象性1光的波粒二象性的本質(zhì)1光的干預(yù)和衍射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，

5、光是一種電磁波，具有波動(dòng)性2光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)那么說(shuō)明，光在與物體互相作用時(shí)，是以一個(gè)個(gè)光子的形式出現(xiàn)的，具有粒子性3光既有粒子性，又有波動(dòng)性，單獨(dú)使用波或粒子的解釋都無(wú)法完好地描繪光所有的性質(zhì)，這種性質(zhì)稱為波粒二象性2概率波在光的干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)光子按照一定的概率落在感光片的某一點(diǎn)上概率大的地方落下的光子多，形成亮紋；概率小的地方落下的光子少，形成暗紋所以，干預(yù)條紋是光子落在感光片上各點(diǎn)的概率分布的反映這種概率分布就好似波干預(yù)時(shí)強(qiáng)度的分布從這個(gè)意義上講，有人把對(duì)光的描繪說(shuō)成是概率波1波動(dòng)性不是每一個(gè)光子的屬性×2單個(gè)光子運(yùn)動(dòng)具有偶爾性，大量光子運(yùn)動(dòng)符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，概率波表達(dá)了波粒二

6、象性的和諧統(tǒng)一3描繪光性質(zhì)的最恰當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)言是概率波曾有一位記者向物理學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者布拉格請(qǐng)教：“光是波還是粒子？你是如何理解的？你想知道布拉格是如何答復(fù)的嗎？同學(xué)們可以上網(wǎng)查找相關(guān)資料【提示】光既不同于宏觀觀念的粒子，也不同于宏觀觀念的波，但光既具有粒子性又具有波動(dòng)性，粒子性和波動(dòng)性都是光本身的屬性1光的粒子性的含義粒子的含義是“不連續(xù)“一份一份的，光的粒子即光子，不同于宏觀概念的粒子，但也具有動(dòng)量和能量1當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)2少量或個(gè)別光子易顯示出光的粒子性3頻率高，波長(zhǎng)短的光，粒子性特征顯著2光的波動(dòng)性的含義光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，它不同于宏觀的波，它是一種概率

7、波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小概率可用波動(dòng)規(guī)律描繪：1足夠能量的光大量光子在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)2頻率低，波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，波動(dòng)性特征顯著3光的波動(dòng)性、粒子性是統(tǒng)一的1光的粒子性并不否認(rèn)光的波動(dòng)性，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，波動(dòng)性、粒子性都是光的本身屬性，只是在不同條件下的表現(xiàn)不同2只有從波粒二象性的角度，才能統(tǒng)一說(shuō)明光的各種行為3多項(xiàng)選擇以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：55272050】A有的光是波，有的光是粒子B光子與電子是同樣的一種粒子C光子和電子是不同的兩種粒子，但都具有波粒二象性D光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著【解析】光同時(shí)具有波粒二象性，只不過(guò)在有的情

8、況下波動(dòng)性顯著，有的情況下粒子性顯著，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越容易觀察到其波動(dòng)特性光子不同于一般的實(shí)物粒子，它沒(méi)有靜止質(zhì)量，是一個(gè)個(gè)的能量團(tuán)，是光的能量的最小單位選項(xiàng)C、D正確【答案】CD4關(guān)于光的本性，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是 A關(guān)于光的本性，牛頓提出“微粒說(shuō)，惠更斯提出“波動(dòng)說(shuō)，愛因斯坦提出“光子說(shuō)，它們都說(shuō)明了光的本性B光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C光的干預(yù)、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性D光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性【解析】光的波動(dòng)性指大量光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描繪，不是惠更斯的波動(dòng)說(shuō)中宏觀意義下的機(jī)械波，光的粒子性是指光的能量是一

9、份一份的，每一份是一個(gè)光子，不是牛頓微粒說(shuō)中的經(jīng)典微粒某現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，是指波動(dòng)理論能解釋這一現(xiàn)象某現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性，是指能用粒子說(shuō)解釋這個(gè)現(xiàn)象要區(qū)分說(shuō)法和物理史實(shí)與波粒二象性之間的關(guān)系，C、D正確，A、B、C錯(cuò)誤【答案】D5多項(xiàng)選擇關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：55272051】A大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)互相作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子C高頻光是粒子，低頻光是波D波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著【解析】光的波粒二象性指光有時(shí)候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時(shí)候表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯，D正確；大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出