光的波粒二象性.docx

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1、3.光的波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.知道什么是康普頓效應(yīng)及康普頓散射實驗原理．(重點)2．理解光的波粒二象性，了解光是一種概率波.康普頓效應(yīng)[先填空]1．光的散射：光在介質(zhì)中與物體微粒的相互作用，使光的傳播方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象叫光的散射．蔚藍(lán)的天空、殷紅的晚霞是大氣層對陽光散射形成的，夜晚探照燈或激光的光柱，是空氣中微粒對光散射形成的．2．康普頓效應(yīng)康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除原波長外，還發(fā)現(xiàn)了波長隨散射角的增大而增大的譜線．X射線經(jīng)物質(zhì)散射后波長變長的現(xiàn)象，稱為康普頓效應(yīng)．3．康普頓的理論當(dāng)光子與電子相互作用時，既遵守能量守恒定律，又遵守動量守

2、恒定律．在碰撞中光子將能量hν的一部分傳遞給了電子，光子能量減少，波長變長．4．康普頓效應(yīng)的意義康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有動量，深入揭示了光的粒子性的一面，為光子說提供了又一例證．[再判斷]1．康普頓效應(yīng)證實了光子不僅具有能量，也具有動量．(√)第1頁2．康普頓效應(yīng)進一步說明光具有粒子性．(√)3．光子發(fā)生散射時，其動量大小發(fā)生變化，但光子的頻率不發(fā)生變化．(×)4．光子發(fā)生散射后，其波長變大．(√)[后思考]1．太陽光從小孔射入室內(nèi)時，我們從側(cè)面可以看到這束光；白天的天空各處都是亮的；宇航員在太空中盡管太陽光耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的．為什么？【提示】地球

3、上存在著大氣，太陽光經(jīng)大氣中的微粒散射后傳向各個方向；而在太空中的真空環(huán)境下，光不再散射，只向前傳播．2．光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)研究問題的角度有何不同？【提示】光電效應(yīng)應(yīng)用于電子吸收光子的問題，而康普頓效應(yīng)應(yīng)用于討論光子與電子碰撞且沒有被電子吸收的問題．1．對康普頓效應(yīng)的理解(1)實驗現(xiàn)象X射線管發(fā)出波長為λ0的X射線，通過小孔投射到散射物石墨上．X射線在石墨上被散射，部分散射光的波長變長，波長改變的多少與散射角有關(guān)．(2)康普頓效應(yīng)與經(jīng)典物理理論的矛盾按照經(jīng)典物理理論，入射光引起物質(zhì)內(nèi)部帶電粒子的受迫振動，振動著的帶電粒子從入射光吸收能量，并向四周輻射，這就是散射光．散射光的頻率

4、應(yīng)該等于粒子受迫振動的頻率(即入射光的頻率)．因此散射光的波長與入射光的波長應(yīng)該相同，不應(yīng)該出現(xiàn)波長變長的散射光．另外，經(jīng)典物理理論無法解釋波長改變與散射角的關(guān)系．(3)光子說對康普頓效應(yīng)的解釋假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞．①光子和電子相碰撞時，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長．②因為碰撞中交換的能量與碰撞的角度有關(guān)，所以波長的改變與散射角有關(guān)．第2頁2．康普頓的散射理論進一步證實了愛因斯坦的光量子理論，也有力證明了光具有波粒二象性．1．(多選)美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0

5、相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)．關(guān)于康普頓效應(yīng)，以下說法正確的是()A．康普頓效應(yīng)說明光子具動量B．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波動性C．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性D．當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量增加【解析】康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性，B項錯誤，A、C項正確；光子與晶體中的電子碰撞時滿足動量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量轉(zhuǎn)移給電子，光子的能量會減少，D項錯誤．【答案】AC2．康普頓效應(yīng)證實了光子不僅具有能量，也有動量．如圖4-3-1給出了光子與靜止電子碰撞后電子的運動方向，則碰后光子可能沿__________方向運動，并且波長_

6、_______(選填“不變”“變短”或“變長”)．圖4-3-1【解析】因光子與電子在碰撞過程中動量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動量的方向與光子碰前動量的方向一致，可見碰后光子運動的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，能量減少，由ε＝hν知，頻率變小，再根據(jù)c＝λν知，波長變長．【答案】1變長1動量守恒定律不但適用于宏觀物體，也適用于微觀粒子間的作用；2康普頓效應(yīng)進一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性.第3頁光的波粒二象性光是一種概率波[先填空]1．光的波粒二象性(1)光既具有波動性又具有粒子性，既光具有波粒二象性．光

7、的波動性是指光的運動形態(tài)具有各種波動的共同特征，如干涉、衍射和色散等都有波動的表現(xiàn)．光的粒子性是指光與其他物質(zhì)相互作用時所交換的能量和動量具有不連續(xù)性，如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)等．(2)光子的能量和動量①能量：ε＝hν.h②動量：p＝.λ(3)意義能量ε和動量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量；波長λ和頻率ν是描述物質(zhì)的波動性的典型物理量．因此ε＝hν和p＝h揭示了光的粒子性和波動性之間λ的密切關(guān)系．2．光是一種概率波光波在某處的強度代表著光子在該處出現(xiàn)概率的大小，所以光是一種概率波