高中物理 第5章 波与粒子 2 康普顿效应学案 鲁科版选修3-5-鲁科版高二选修3-5物理学案VIP专享VIP免费

第2节康普顿效应[目标定位]1.了解康普顿X射线散射实验.2.理解康普顿X射线实验原理.3.掌握康普顿效应的概念，知道光的波粒二象性．一、康普顿对X射线散射的研究1．光的散射光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的现象．2．康普顿效应在光的散射中，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．3．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光具有粒子性．二、光的波粒二象性1．光具有波粒二象性：光子既有粒子的特征，又有波的特征．2．发生光电效应或康普顿效应取决于入射光的波长．3．光波是一种概率波．4．光的波动性和粒子性不是均衡表现的，波长较长时，光子的能量和动量很小，波动性比较明显，波长越长，波动性越明显．光在与电子相互作用时表现为粒子性，在传播过程中更多地表现为波动性．一、对康普顿效应的理解1．实验现象：X射线管发出波长为λ0的X射线，通过小孔投射到散射物石墨上．X射线在石墨上被散射，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．2．康普顿效应与经典物理理论的矛盾：按照经典物理理论，入射光引起物质内部带电粒子的受迫振动，振动着的带电粒子从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光．散射光的频率应该等于粒子受迫振动的频率(即入射光的频率)．因此散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应该出现波长变长的散射光．另外，经典物理理论无法解释波长改变与散射角的关系．3．光子说对康普顿效应的解释：假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．(1)光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．(2)因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长改变与散射角有关．【例1】白天的天空到处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比()A．频率变大B．速度变小C．光子能量变大D．波长变长答案D解析光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量均增加，所以光子的动量、能量减小，由λ＝，E＝hν可知光子频率变小，波长变长，故D正确．由于光子速度是不变的，故B错误．针对训练1康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．入射光和电子的作用可以看成弹性碰撞，则当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，如图1给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞过程中动量________(选填“守恒”或“不守恒”)，能量________(选填“守恒”或“不守恒”)，碰后光子可能沿________(选填“1”“2”或“3”)方向运动，并且波长________(选填“不变”、“变小”或“变长”)．图1答案守恒守恒1变长解析光子与电子碰撞过程满足动量守恒和能量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，由矢量合成知识可知碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．二、对光的波粒二象性的理解实验基础表现说明光的波动性光的干涉和衍射1.大量光子产生的效果显示出波动性2．频率较低的光在传播时，表现出波的性质1.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的2．光的波动性不同于宏观概念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应1.当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性2．少量或个别光子容易显示出光的粒子性1.粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的2．光子不同于宏观概念的粒子说明对于不同频率的光，频率越高，光的粒子性越强；频率越低，光的波动性越强【例2】(多选)下列关于光的波粒二象性的理解正确的是()A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．高频光是粒子，低频光是波D．波粒二象性是光的根本属...