高中物理 第二章 波粒二象性 第三节 康普顿效应及其解释 第四节 光的波粒二象性学案 粤教版选修3-5-粤教版高二选修3-5物理学案VIP免费

第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性1.了解康普顿效应及其意义．2.知道光具有波粒二象性，区分光的波动性和粒子性．3．知道光波是概率波．一、康普顿效应1．康普顿效应用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象称为康普顿效应．按照光的电磁理论，光波波长在散射前后应该不变，光的电磁理论再次遇到了困难．2．光子的动量光电效应揭示出光的粒子性，每个光子携带的能量为ε＝hν，爱因斯坦进一步提出光子的动量应为p＝，式中λ为光波的波长．3．康普顿效应的意义(1)证明了爱因斯坦光子假说的正确性．(2)证明了光子具有能量．(3)证明了光子具有动量．康普顿效应说明了什么？为什么说康普顿效应反映了光子具有动量？提示：康普顿效应说明了光的粒子性．解释光子波长变化的问题时运用了能量守恒定律和动量守恒定律，理论与实验符合很好．二、光的波粒二象性的本质光既具有粒子性，又具有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整地描述光的所有性质，把这种性质称为波粒二象性．1．(1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性．()(2)光子数量越大，其粒子性越明显．()(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．()提示：(1)√(2)×(3)√三、概率波在光的双缝干涉实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点上，概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹，干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映．这种概率分布就好像波干涉时强度的分布，所以对光的描述说成是一种概率波．在光的量子化现象的领域中，描述光性质的最恰当的语言是概率波．2．(1)光波既是一种电磁波，又是一种概率波．()(2)概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，所以本质是一样的．()提示：(1)√(2)×对康普顿效应的理解1．经典物理的理论无法解释康普顿效应按照经典物理的理论，由于光是电磁振动的传播，入射光将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带电粒子受迫振动的频率，也就是入射光的频率．因此，散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应出现λ＞λ0的散射光．2．利用光子说解释康普顿效应假定X射线光子与电子发生弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似．按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量E＝hν，而且还有动量．如图所示．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把部分能量转移给了电子，光子能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大；同时，光子还使电子获得一定的动量．这样就圆满地解释了康普顿效应．康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．光电效应应用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．(多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是()A．康普顿效应现象说明光具有波动性B．康普顿效应现象说明光具有粒子性C．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少[解析]康普顿效应说明光具有粒子性，A项错误，B项正确；光子与晶体中的电子碰撞时满足动量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量转移给电子，光子的能量会减少，C项错误，D项正确．[答案]BD白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳散射的结果，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．假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后，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．波长变长解析：选D.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，碰撞后其动量、能量增加，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．人类...