第4章 2 第2课时 康普顿效应 光的波粒二象性-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套课件PPT（人教版）

第四章 原子结构和波粒二象性 2　光电效应 第2课时　康普顿效应　 光的波粒二象性 课程解读 课标要点1 学科素养 链接浙江选考 能根据实验结论说明光的波粒二象性 物理观念：知道光的波粒二象性 1．了解康普顿效应 2．理解光的波粒二象性 目录 CONTENTS 新教材•知本与思辨 新教材•拓展与应用 01 02 新教材•知本与思辨 01 1．光的散射 光可以与介质中的物质微粒发生散射，改变传播方向。 2．康普顿效应 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。 知识点一　康普顿效应和光子的动量 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。 4．光子的动量 (1)表达式：p＝ 。 (2)说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能变小。因此，有些光子散射后波长变长。 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)康普顿效应证明了光的粒子性，也证明了爱因斯坦光子说的正确性。(　 　) (2)在康普顿效应中，有些光子散射后波长变大。(　 　) 思辨 √ √ √ 2．思考题：在研究石墨对X射线的散射时，发现有些光子散射后波长变大，如何解释该现象？ 【答案】 当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，有些光子要把一部分动量转移给电子，光子的动量变小。因此，有些光子散射后波长变大。 思辨 1．光的波粒二象性 (1)光的波动性：光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性。 (2)光的粒子性：光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性。 知识点二　光的波粒二象性 2．光本性学说的发展简史 学说名称 代表人物 实验依据 内容要点 微粒说 牛顿 光的直线传播、光的反射 光是一群弹性粒子 波动说 惠更斯和托马斯·杨 光的干涉、衍射 光是一种机械波 电磁说 麦克斯韦 能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波的速度 光是一种电磁波 光子说 爱因斯坦 光电效应、康普顿效应 光是由一份一份光子组成的 波粒 二象性 — 光既有波动现象，又有粒子特征 光是具有电磁本性的物质，既有波动性，又有粒子性 3．对光的波粒二象性的理解 项目 实验基础 表现 说明 光的 波动性 干涉 和衍射 (1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述 (2)足够能量的光在传播时，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 项目 实验基础 表现 说明 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，表现出粒子的性质 (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)光子不同于宏观观念的粒子 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)光电效应证明了光的波动性。(　 　) (2)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质；少量或个别光子容易显示出光的粒子性。(　 　) (3)大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性，光具有波粒二象性。(　 　) 2．思考题：光的本性是什么？ 【答案】 光既具有波动性，又具有粒子性，所以光具有波粒二象性。 思辨 × √ √ 新教材•拓展与应用 02 例1 (多选)关于康普顿效应，下列说法正确的是(　 　) A．康普顿在研究X射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动说提供了依据 B．X射线散射时，波长改变的多少与散射角有关 C．发生散射时，波长较短的X射线或γ射线入射时发生康普顿效应 D．爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说 类型一　康普顿效应 BCD 【解析】 康普顿在研究X射线散射时，发现散射光波长发生了变化，这种现象用波动说无法解释，用光子说却可以解释，故A错误，D正确；X射线散射时，波长改变的多少与散射角有关，故B正确；当发生散射时，波长较短的X射线或γ射线与电子碰撞，动量减小，波长变大，即发生康普顿效应，故C正确。 类型一　康普顿效应 活学活用 光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的方向而发生散射，康普顿对散射的解释为(　 　) A．虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变 B．由于电子受碰撞后得到动量，散射后的光子频率低于入射光的频率 C．入射光引起物质内电子做受迫振动，而从入射光中吸收能量后再释放，释放出的散射光频率不变 D．光子从电子处获得能量，因而频率增大 B 活学活用 【解析】 光子与电子碰撞时，将部分动量、能量转移给电子，光子的动量减小，能量ε减小，根据ε＝hν，则其频率减小，故A、D错误，B正确；从入射光中吸收能量后再释放，处于激发态的电子释放出的散射光频率与不同轨道之间能量差有关，故频率可能不同，故C错误。 例2 下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是(　 　) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子 C．光的波长越长，其波动性越显著 D．康普顿效应表明光具有波动性 类型二　光的波粒二象性 C 【解析】 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，所以不能说有的光是波，有的光是粒子，A错误；虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场的形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，B错误；光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确；康普顿效应表明光具有粒子性，D错误。 类型二　光的波粒二象性 活学活用 在下列各组的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是(　 　) A．光的折射现象、偏振现象 B．光的反射现象、干涉现象 C．光的衍射现象、色散现象 D．光电效应现象、康普顿效应 【解析】 干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象、康普顿效应是光的粒子性的表现，A、B、C错误，D正确。 D 本课点睛 课后请完成高效作业22 1．康普顿效应：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。 2．光的波粒二象性 (1)光的波动性：光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性。 (2)光的粒子性：光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性。 感谢聆听，再见！ (3)光子具有的动量p＝，说明光子具有粒子性。(　 　) $$