物理粵教版學(xué)案第章第三、四節(jié)康普頓效應(yīng)及其解釋光的波粒二象性

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第三節(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)重點難點1．了解康普頓效應(yīng),知道康普頓效應(yīng)進一步證明了光的粒子性．2．理解光的波粒二象性,知道光是一種概率波．重點:1．對康普頓效應(yīng)的解釋．2．知道光的波粒二象性，理解其對立統(tǒng)一關(guān)系．難點：用波粒二象性知識解釋物理現(xiàn)象．一、康普頓效應(yīng)及其解釋1．康普頓效應(yīng)用光照射物體時，散射出來的光的波長______的現(xiàn)象．2．光子的動量p＝________，其中λ為光的波長．3．康普頓對散射光波長變化的解釋（1)散射光波長的變化，是入射光與物質(zhì)中的自由______發(fā)生碰撞的結(jié)果．（2）物質(zhì)中電子的動能比入射光子的能量小很多，電子可以看做是______的．（3）光子與電子作用過程中，總能量、總動量均______．（4）光子因與電子相碰，有一部分能量和動量給了電子，光子的能量和動量均______了，這樣，散射光的______也就變長了．4．康普頓效應(yīng)的意義再次證明了愛因斯坦______假說的正確性．不僅證明了光子具有______,同時證明了光子具有______．預(yù)習(xí)交流1太陽光從小孔射入室內(nèi)時，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光耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的．為什么？二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性的本質(zhì)（1）雙縫干涉實驗裝置如圖．（2）條件控制降低光源S的強度,直到入射光減弱到?jīng)]有兩個光子同時存在的程度．（3)實驗過程經(jīng)過短時間、較長時間和長時間讓感光片曝光．(4）實驗結(jié)果①短時間，感光片上呈現(xiàn)雜亂分布的______．②較長時間，感光片上呈現(xiàn)模糊的______．③長時間，感光片上形成清晰的明暗相間的________．④實驗結(jié)論光既有粒子性，又有波動性，光具有____________．2．概率波（1）對干涉實驗中明暗條紋的解釋每個光子按照一定的概率落在感光片上的某一點，概率大的地方落下的光子多，形成______,概率小的地方落下的光子少,形成______．（2）光波是一種________，干涉條紋是光子在感光片上各點概率分布的反映．在宏觀世界波和粒子是相互對立的,在微觀世界波和粒子是統(tǒng)一的．單個光子運動具有偶然性，大量光子運動符合統(tǒng)計規(guī)律，概率波體現(xiàn)了波粒二象性的和諧統(tǒng)一．在預(yù)習(xí)中還有哪些問題需要你在聽課時加以關(guān)注?請在下列表格中做個備忘吧！我的學(xué)困點我的學(xué)疑點答案：一、1．變長2．eq\f(h,λ)3．（1）電子(2）靜止（3）守恒（4）減小波長4．光子能量動量預(yù)習(xí)交流1:答案：地球上存在著大氣，太陽光經(jīng)大氣中的微粒散射后傳向各個方向；而在太空中的真空環(huán)境下，光不再散射,只向前傳播．二、1．(4)光點亮紋干涉圖樣波粒二象性2．（1）亮紋暗紋（2）概率波一、對康普頓效應(yīng)的理解1．康普頓效應(yīng)與經(jīng)典物理理論有怎樣的矛盾？2．在康普頓效應(yīng)中,有些光子與電子碰撞后的波長變長,你能否從動量的觀點和能量的觀點分別對其作出解釋?3．光子說是如何對康普頓效應(yīng)進行解釋的?4．對比光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)，你發(fā)現(xiàn)了什么?（2011·西安高二檢測）康普頓效應(yīng)證實了光子不僅具有能量，也具有動量．入射光和電子的作用可以看成彈性碰撞，則當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子,如圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰撞過程中動量________（填“守恒”或“不守恒”），能量________（填“守恒”或“不守恒"）,碰后光子可能沿________（填“1”“2”或“3"）方向運動，并且波長________（選填“不變”“變小”或“變長”）．康普頓效應(yīng)進一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性．光電效應(yīng)應(yīng)用于電子吸收光子的問題；而康普頓效應(yīng)討論光子與電子碰撞且沒有被電子吸收的問題．二、光的波粒二象性1．有一位記者曾向英國物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者布拉格請教：光是波還是粒子?布拉格幽默地答道:“星期一、三、五它是一個波,星期二、四、六它是一個粒子，星期天物理學(xué)家休息．"你是如何理解布拉格的回答的?2．通過前面的學(xué)習(xí)我們知道,光既具有粒子性，又具有波動性,即光具有波粒二象性．你知道在人們對光的認(rèn)識過程中出現(xiàn)過哪些學(xué)說嗎？3．如何理解光的波粒二象性？下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是（)．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．光的波長越長,其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．大量光子的行為往往顯示出粒子性1．光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間相互作用產(chǎn)生的．2．光的波動性不同于宏觀概念的波，光子也不同于宏觀概念的粒子．1．利用光子說對光電效應(yīng)的解釋，下列說法正確的是（）．A．金屬表面的一個電子只能吸收一個光子B．電子吸收光子后一定能從金屬表面逸出,成為光電子C．金屬表面的一個電子吸收若干個光子,積累了足夠的能量才能從金屬表面逸出D．無論光子能量大小如何,電子吸收光子并積累了能量后,總能逸出成為光電子2．下列四種單色光中光子能量最小的是（）．A．紅光B．橙光C．黃光D．綠光3．關(guān)于光的波粒二象性，不正確的說法是（）．A．光的頻率越高，光子的能量越大,粒子性越顯著B．光的波長越長,光子的能量越小，波動性越顯著C．頻率高的光子不具有波動性,波長較長的光子不具有粒子性D．個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性,大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動性4．2002年諾貝爾物理學(xué)獎中的一項是獎勵美國科學(xué)家賈科尼和日本科學(xué)家小柴昌俊發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線源．X射線是一種高頻電磁波,若X射線在真空中的波長為λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以ε和p分別表示X射線每個光子的能量和動量,則（）．A．ε＝eq\f(hλ，c)，p＝0B．ε＝eq\f（hλ,c)，p＝eq\f（hλ，c2）C．ε＝eq\f（hc,λ）,p＝0D．ε＝eq\f（hc，λ)，p＝eq\f(h,λ)5．紫外線光子的動量為eq\f(hν,c)．一個靜止的O3吸收了一個紫外線光子后（)．A．仍然靜止B．沿著光子原來運動的方向運動C．沿與光子運動方向相反的方向運動D．可能向任何方向運動提示：用最精煉的語言把你當(dāng)堂掌握的核心知識的精華部分和基本技能的要領(lǐng)部分寫下來并進行識記．知識精華技能要領(lǐng)答案：活動與探究1：1．答案：經(jīng)典物理的理論無法解釋康普頓效應(yīng)．按照經(jīng)典物理的理論，由于光是電磁振動的傳播,入射光將引起物質(zhì)內(nèi)部帶電粒子的受迫振動，振動著的帶電粒子從入射光吸收能量，并向四周輻射，這就是散射光．散射光的頻率應(yīng)該等于帶電粒子受迫振動的頻率,也就是入射光的頻率．因此，散射光的波長與入射光的波長應(yīng)該相同,不應(yīng)出現(xiàn)λ＞λ0的散射光．2．答案：在康普頓效應(yīng)中,當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，因而光子動量變小,從p＝eq\f（h,λ）看，動量p減小意味著波長λ變大，因此有些光子散射后波長變大，同時入射光子與電子相撞時，將本身的一部分能量傳遞給電子，故能量減小，根據(jù)ε＝hν可得ν減小,再由c＝λν，得λ＝eq\f（c，ν)，由于ν減小，故λ變大，故光子的波長變大．3．答案：假定X射線光子與電子發(fā)生完全彈性碰撞，這種碰撞跟臺球比賽中的兩球碰撞很相似．按照愛因斯坦的光子說，一個X射線光子不僅具有能量ε＝hν，而且還有動量，如圖所示．這個光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子，能量由hν減小為hν′，因此頻率減小，波長增大．同時，光子還使電子獲得一定的動量．4．答案：光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)都說明了光具有粒子性．遷移與應(yīng)用1:答案：守恒守恒1變長解析：光子與電子碰撞過程滿足動量守恒和能量守恒,所以碰撞之后光子和電子的總動量的方向與光子碰前的方向一致，由矢量合成知識可知碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過碰撞,光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，能量減少，由ε＝hν知，頻率變小，再根據(jù)c＝λν知，波長變長．活動與探究2：1．答案：光既不同于宏觀觀念的粒子，又不同于宏觀觀念的波,但光既具有粒子性，又具有波動性．粒子性、波動性是光本身的屬性．2．答案：在人們對光的認(rèn)識過程中主要出現(xiàn)過以下學(xué)說：學(xué)說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性代表人物牛頓惠更斯麥克斯韋愛因斯坦公認(rèn)實驗依據(jù)光的直線傳播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中傳播，是橫波,光速等于電磁波速光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光既有波動現(xiàn)象,又有粒子特征內(nèi)容要點光是一群彈性粒子光是一種機械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是具有電磁本性的物質(zhì),既有波動性又有粒子性3．答案：實驗基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射（1）光是一種概率波，即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大?。ǜ怕?可用波動規(guī)律來描述．（2）足夠能量的光在傳播時,表現(xiàn)出波的性質(zhì)（1）光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的．（2)光的波動性不同于宏觀概念的波．（3）波長越長的光越易表現(xiàn)出波動性光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)（1)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的,表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)．（2）少量或個別光子清楚地顯示出光的粒子性（1）粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份"的．（2）光子不同于宏觀概念的粒子波動性和粒子性的對立、統(tǒng)一（1)大量光子易顯示波動性，而少量光子易顯示出粒子性．（2）波長長（頻率低)的光波動性強，而波長短(頻率高）的光粒子性強(1）光子說并未否定波動性，ε＝hν＝hc/λ中，ν和λ就是波的概念．（2）波和粒子在宏觀世界里是不能統(tǒng)一的,而在微觀世界里卻是統(tǒng)一的遷移與應(yīng)用2：C解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子．雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量,電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣一種粒子．光的波粒二象性的理論和實驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性．光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著．故選項C正確，A、B、D錯誤．當(dāng)堂檢測1．A解析：一個電子一次只吸收一個光子，若獲得的能量不足以克服逸出功,則無法成為光電子．故A對．2．A解析：因為ε＝hν,則