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(shí)脈絡(luò)1.知道什么是康普頓效應(yīng)及康普頓散射實(shí)驗(yàn)原理．(重點(diǎn))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(duì)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(duì)光散射形成的．2．康普頓效應(yīng)康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，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(shí)，既遵守能量守恒定律，又遵守動(dòng)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(dòng)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(shí)了光子不僅具有能量，也具有動(dòng)量．(√)第1頁2．康普頓效應(yīng)進(jìn)一步說明光具有粒子性．(√)3．光子發(fā)生散射時(shí)，其動(dòng)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(shí)，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(gè)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(duì)康普頓效應(yīng)的理解(1)實(shí)驗(yàn)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(dòng)，振動(dòng)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(dòng)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(duì)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(shí)，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?yàn)榕鲎仓薪粨Q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(jìn)一步證實(shí)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(duì)X射線的散射時(shí)，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(gè)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(dòng)量B．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)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(xiàng)錯(cuò)誤，A、C項(xiàng)正確；光子與晶體中的電子碰撞時(shí)滿足動(dòng)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(huì)減少，D項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】AC2．康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量．如圖4-3-1給出了光子與靜止電子碰撞后電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰后光子可能沿__________方向運(yùn)動(dòng)，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(dòng)量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰前動(dòng)量的方向一致，可見碰后光子運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jìn)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(dòng)性又具有粒子性，既光具有波粒二象性．光

7、的波動(dòng)性是指光的運(yùn)動(dòng)形態(tài)具有各種波動(dòng)的共同特征，如干涉、衍射和色散等都有波動(dòng)的表現(xiàn)．光的粒子性是指光與其他物質(zhì)相互作用時(shí)所交換的能量和動(dòng)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(dòng)量①能量：ε＝hν.h②動(dòng)量：p＝.λ(3)意義能量ε和動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(qiáng)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