2019年秋粤教版高中物理选修3-5课件+教师用书+分层测试：第2章 第3节　康普顿效应及其解释 第4节　光的波粒二象性 (3份打包)

第三节　康普顿效应及其解释 第四节　光的波粒二象性 [学习目标]　1.了解康普顿效应现象．(重点)2.知道康普顿效应进一步说明了光的粒子性．(重点)3.了解光的波粒二象性及其对应统一的关系．(难点)4.知道光是一种概率波．(难点) 一、康普顿效应及其解释 1．康普顿效应：用光照射物体时，散射出来的光的波长会变长的现象，称为康普顿效应． 2．光子的动量：p＝ 二、光的波粒二象性 1．光的波粒二象性的本质 (1)光的干涉和衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性． (2)光电效应和康普顿效应则表明，光在与物体相互作用时，是以一个个光子的形式出现的，具有粒子性． (3)光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整地描述光所有的性质，这种性质称为波粒二象性． 2．概率波 在光的干涉实验中，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．所以，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．从这个意义上讲，有人把对光的描述说成是概率波． 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)散射光波长的变化，是入射光与物质中的自由电子发生碰撞的结果． (√) (2)光的电磁理论能够解释康普顿效应． (×) (3)波动性不是每一个光子的属性． (×) (4)单个光子运动具有偶然性，大量光子运动符合统计规律，概率波体现了波粒二象性的和谐统一． (√) (5)描述光性质的最恰当的语言是概率波． (√) 2．一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去．则这个散射光子跟原来入射时相比(　　) A．散射光子的能量减少 B．光子的能量增加，频率也增大 C．速度减小 D．波长减小 A　[由于光子既具有能量，也具有动量，因此碰撞过程中遵循能量守恒定律．] 3．关于光的本性，下列说法中正确的是 (　　) A．关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性 B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子 C．光的干涉、衍射现象说明光具有粒子性 D．光电效应说明光具有粒子性 D　[光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒．某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象．某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象．要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系，D正确，A、B、C错误．] 对康普顿效应的理解 1.经典解释(电磁波的解释) 单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波． 经典理论可以解释频率不变的一般散射，但对康普顿效应不能作出合理解释． 2．光子理论解释 在X射线散射现象中，假定X射线光子与电子发生完全弹性碰撞，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．相对X射线光子的能量，物质中电子的能量是很小的，电子可以近似看作是静止的．如图所示，这个光子与静止的电子发生弹性碰撞，碰撞过程中光子和电子的总能量守恒，总动量也守恒，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，波长变长．同时，光子要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小，从p＝看，动量p减小也意味着波长λ变大，因此有些光子散射后波长变长了． 【例1】　(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，除了有与入射波长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，下列说法正确的是(　　) 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 BD　[康普顿用光子的模型成功地解释了康普顿效应，在散射过程中X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵循动量守恒定律和能量守恒定律，故B、D正确，A、C错误．] 对康普顿效应的三点认识 1．光电效应应用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应应用于讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题． 2．假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．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． 3．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． 1．科学研究证明，光子有能量也有