2019-2020年高中物理第二章波粒二象性2.3康普顿效应及其解释2.4光的波粒二象性教学案粤教版选修3-5

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1、2019-2020年高中物理第二章波粒二象性2.3康普顿效应及其解释2.4光的波粒二象性教学案粤教版选修3-5[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(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

2、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

3、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

4、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．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

5、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

6、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

7、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

8、光是波D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著答案　AD解析　光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，D正确；大量光子的效果往往表现出波动性，A正确；光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，B错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，C