第5章 第2节 康普顿效应-2020-2021学年高中物理选修3-5【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第2节　康普顿效应 一、康普顿效应 [自学教材] 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，除了与入射波长相同的成分外，还有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，进一步说明了光具有粒子性。[来源:学*科*网Z*X*X*K] [重点诠释] 1．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，如图5－2－1所示，该过程中既遵守能量守恒定律，又遵守动量守恒定律。碰撞中光子将能量hν的一部分转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大。这样就圆满地解释了康普顿效应。 图5－2－1 2．光电效应与康普顿效应的关系 (1)二者都证明了光具有粒子性。 (2)发生光电效应或康普顿效应取决于入射光的波长。当波长较短的X射线或γ射线入射时，产生康普顿效应；当波长较长的可见光或紫外光入射时，主要产生光电效应。 [典题强化] 1．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量。如图5－2－2给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向________运动，并且波长________(填“不变”、“变短”或“变长”)。 图5－2－2 解析　因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子运动的方向可能沿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。 答案　1　变长 二、光的波粒二象性 [自学教材] 1．光的波动性 英国科学家托马斯·杨用波动理论解释了光的干涉现象；法国科学家菲涅耳用波动理论定量计算了光的衍射光强分布；麦克斯韦提出光是一种电磁波。 2．光的粒子性 光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，但同时也体现了波动性。 3．光的波粒二象性 事实上光子既有粒子的特征，又有波的特征。玻恩用概率波很好地解释了光的波粒二象性。光的波长较长时波动性较明显，光的波长较短时粒子性较明显。 [重点诠释] 1．光的粒子性的含义 粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量。 (1)当光同其他物质发生作用时，表现出粒子的性质。 (2)少量或个别光子易显示出光的粒子性。 (3)频率高、波长短的光，粒子性特征显著。 2．光的波动性的含义 光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律描述： (1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质。 (2)频率低、波长长的光，波动性特征显著。 3．光的波动性、粒子性是统一的 (1)光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同。 (2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种表现。 [典题强化] 2．有关光的本性，下列说法正确的是 A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的 B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性 D．由于光既有波动性，又有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性 解析　19世纪初，人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特性，微粒说无法解释；但到了19世纪末又发现了光的新现象——光电效应，这种现象波动说不能解释，证实光具有粒子性。因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和机械粒子，波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，只能认为光具有波粒二象性，故选项A、B、C错，D正确。 答案　D 考向一　对康普顿效应的理解 [例1]　科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中 A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′ C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′ D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′ 【思路点拨】　(1)动量守恒定律和能量守恒定律的适用范围。 (2)结合电子能量的变化和光子能量E＝hν＝h分析。 【解析】　能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界。光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律。光子与电子碰撞前光子的能量E＝hν＝h，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E′＝hν′＝h，由E＞E′，可知λ＜λ′，选项C正确。 【答案】　C ○借题发挥 (