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【课堂新坐标】201704高中物理教科版选修3-5课件:第4章 3 光的波粒二象性_图文

知 识 点 一 3.光的波粒二象性 知 识 点 二 学 业 分 层 测 评 学 习 目 标 1.知道什么是康普顿效应及康普顿散 射实验原理.(重点) 2.理解光的波粒二象性,了解光是一 种概率波. 知 识 脉 络 康 普 顿 效 应 [先填空] 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偏 转,这种现象叫光的散射. 蔚蓝的天空、殷红的晚霞是大气层对阳光散射形成的,夜晚探照灯或激光 的光柱,是空气中微粒对光散射形成的. 2.康普顿效应 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,除原波长 外,还发现了波长随散射角的增大而 增大的谱线.X 射线经物质散射后波长变 长的现象,称为康普顿效应. 3.康普顿的理论 当光子与电子相互作用时,既遵守 能量守恒定律,又遵守动量 守恒定律.在 碰撞中光子将能量 hν 的一部分传递给了电子 ,光子能量减少,波长变长 . 4.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,为光子说提供了又一例证. [再判断] 1.康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也具有动量.(√) 2.康普顿效应进一步说明光具有粒子性.(√) 3.光子发生散射时,其动量大小发生变化,但光子的频率不发生变化.(×) 4.光子发生散射后,其波长变大.(√) [后思考] 1.太阳光从小孔射入室内时,我们从侧面可以看到这束光;白天的天空各 处都是亮的;宇航员在太空中尽管太阳光耀眼刺目,其他方向的天空却是黑 的.为什么? 【提示】 地球上存在着大气,太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方 向;而在太空中的真空环境下,光不再散射,只向前传播. 2.光电效应与康普顿效应研究问题的角度有何不同? 【提示】 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. 1.对康普顿效应的理解 (1)实验现象 X 射线管发出波长为 λ0 的 X 射线,通过小孔投射到散射物石墨上.X 射线 在石墨上被散射,部分散射光的波长变长,波长改变的多少与散射角有关. (2)康普顿效应与经典物理理论的矛盾 按照经典物理理论,入射光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 该等于粒子受迫振动的频率(即入射光的频率).因此散射光的波长与入射光的波 长应该相同,不应该出现波长变长的散射光.另外,经典物理理论无法解释波 长改变与散射角的关系. (3)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. ①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. ②因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关,所以波长的改变与散射角有 关. 2.康普顿的散射理论进一步证实了爱因斯坦的光量子理论,也有力证明了 光具有波粒二象性. 1. 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.康普顿效应说明光子具动量 B.康普顿效应现象说明光具有波动性 C.康普顿效应现象说明光具有粒子性 D.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量增加 E.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,B 项错误,A、C 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,D 项错误,E 项正确. 【答案】 ACE 2.康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也有动量.如图 431 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________(选填“不变”“变短”或“变长”). 图 431 【解析】 因光子与电子在碰撞过程中动量守恒,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 ε=hν 知,频率变小,再根据 c=λν 知,波长变长. 【答案】 1 变长 ?1?动量守恒定律不但适用于宏观物体,也适用于微观粒子间的作用; ?2?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 的 波 粒 二 象 性 光 是 一 种 概 率 波 [先填空] 1.光的波粒二象性 (1)光既具有 波动性又具有 粒子性,既光具有波粒二象性. 光的波动性是指光的运动形态 具有各种波动的共同特征,如干涉、 衍射和 色散等都有波动的表现. 光 的 粒 子 性 是 指 光 与 其 他 物 质 相互作用 有不连续性 ,如光电效应、康普顿效应等. 时所交换的能量和动量具 (2)光子的能量和动量 ①能量:ε=hν. h ②动量:p= λ . (3)意义 能量 ε 和动量 p 是描述物质的 粒子性的重要物理量; 波长 λ 和频率 ν 是描述 h 波动 物质的 性的典型物理量.因此 ε=hν 和 p= λ 揭示了光的粒子性和波动性之 间的密切关系. 2.光是一种概率波 光波在某处的强度代表着光子在该处出现 概率的大小,所以光是一种概率 波. [再判断] 1.光的干涉、衍射、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.(√) 4.光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些.(√) [后思考] h 1.由公式 E=hν 和 λ=p,能看出波动性和粒子性的联系吗? 【提示】 从光子的能量和动量的表达式可以看出,是 h 架起了粒

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