2-3&2-4 康普顿效应及其解释&光的波粒二象性-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（粤教版选修3-5）

第三节　康普顿效应及其解释 第四节　光的波粒二象性 [目标定位]　1.了解康普顿效应及其意义.2.知道光的波粒二象性并会分析有关现象.3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波． 一、康普顿效应及其解释 1．康普顿效应 (1)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，这个现象后来称为康普顿效应． (2)光子的能量为ε＝hν，光子的动量为p＝. 2．康普顿对散射光波长变化的解释[来源:Z*xx*k.Com] (1)散射光波长的变化，是入射光子与物质中的电子发生碰撞的结果． (2)物质中电子的动能比入射光子的能量小很多，电子可以看做是静止的． (3)光子与电子作用过程中，总能量、总动量均守恒． (4)光子因与电子相碰，有一部分能量和动量给了电子，光子的能量和动量均减小了，这样，散射光的波长也就变长了． 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，深入揭示了光的粒子性的一面． 二、光的波粒二象性 1．光的波粒二象性的本质 (1)双缝干涉实验装置如图1所示． 图1 (2)实验要求：降低光源S的强度，直到入射光减弱到没有两个光子同时存在的程度． (3)实验结果： ①短时间，感光片上呈现杂乱分布的亮点． ②较长时间，感光片上呈现模糊的亮纹． ③长时间，感光片上形成清晰的干涉图样． (4)实验结论：光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象性． 2．概率波 (1)对干涉实验中明暗条纹的解释 每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点，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． (2)光波是一种概率波，干涉条纹是光子在感光片上各点概率分布的反映． 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题1 问题2 问题3 一、康普顿效应[来源:学&科&网Z&X&X&K] 1．实验结果 1918年～1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线．人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应．[来源:Z_xx_k.Com] 2．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，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ε＝hν，而且还有动量．如图2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，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． 图2 【例1】　康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图3给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向____________运动，并且波长________(选填“不变”、“变短”或“变长”)． 图3 答案　1　变长 解析　根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向运动，由于动量变小，故波长应变长． 针对训练　在康普顿效应中，光子与电子发生碰撞后，关于散射光子的波长，下列说法正确的是(　　) A．一定变长 B．一定变短 C．可能变长，也可能变短 D．决定于电子的运动状态 答案　A 解析　因为光子入射的能量很大，比电子的能量要大得多，碰撞时，动量和能量都守恒，碰后一定是电子的动能增加，光子的能量减少，所以散射光子的波长一定变长，选项A正确． 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 干涉和 衍射 ①光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述． 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观念的波． 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少量或个别光子清楚地显示出光的粒子性. ①粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的． ②光子不同于宏观观念的粒子． 波动性 和粒子 性的对 立、统一 ①大量光子易显示波动性，而少量光子易显示出粒子性． ②波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强. ①光子说并未否定波动性，ε＝hν＝中，ν和λ就是波的概念． ②波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的. 【例2】　(多选)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[来源:学|科|网Z|X|X|K] 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