魯科版選修35 康普頓效應(yīng) 課件（26張）.pptx

第5章 波與粒子 第2節(jié)康普頓效應(yīng) 目標(biāo)定位1 了解康普頓x射線散射實(shí)驗(yàn) 2 理解康普頓x射線實(shí)驗(yàn)原理 3 掌握康普頓效應(yīng)的概念 知道光的波粒二象性 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)梳理 識(shí)記 點(diǎn)撥 一 康普頓對(duì)x射線散射的研究1 光的散射光在介質(zhì)中與物體微粒的相互作用 使光的發(fā)生改變的現(xiàn)象 2 康普頓效應(yīng)在光的散射中 部分散射光的波長(zhǎng)變長(zhǎng) 波長(zhǎng)改變的多少與有關(guān) 傳播方向 散 射角 3 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 深入揭示了光具有性 動(dòng)量 粒子 二 光的波粒二象性1 光具有波粒二象性 光子既有 又有 2 發(fā)生光電效應(yīng)或康普頓效應(yīng)取決于 3 光波是一種 粒子的特征 波的 特征 入射光的波長(zhǎng) 概率波 4 光的波動(dòng)性和粒子性不是均衡表現(xiàn)的 波長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí) 光子的和很小 波動(dòng)性比較 波長(zhǎng)越長(zhǎng) 波動(dòng)性越 光在與電子相互作用時(shí)表現(xiàn)為性 在傳播過(guò)程中更多地表現(xiàn)為性 能量 動(dòng)量 明顯 明顯 粒子 波動(dòng) 課堂講義理解 深化 探究 一 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(zhǎng)為 0的x射線 通過(guò)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(zhǎng)變長(zhǎng) 波長(zhǎng)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(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)應(yīng)該相同 不應(yīng)該出現(xiàn)波長(zhǎng)變長(zhǎng)的散射光 另外 經(jīng)典物理理論無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變與散射角的關(guān)系 3 光子說(shuō)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(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng) 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(zhǎng)改變與散射角有關(guān) 例1白天的天空到處都是亮的 是大氣分子對(duì)太陽(yáng)光散射的結(jié)果 美國(guó)物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后 電子向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng) 光子沿另一方向散射出去 則這個(gè)散射光子跟原來(lái)的光子相比 a 頻率變大b 速度變小c 光子能量變大d 波長(zhǎng)變長(zhǎng) 解析光子與自由電子碰撞時(shí) 遵守動(dòng)量守恒和能量守恒 自由電子碰撞前靜止 碰撞后動(dòng)量 能量均增加 所以光子的動(dòng)量 能量減小 由 e h 可知光子頻率變小 波長(zhǎng)變長(zhǎng) 故d正確 由于光子速度是不變的 故b錯(cuò)誤 答案d 針對(duì)訓(xùn)練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 入射光和電子的作用可以看成彈性碰撞 則當(dāng)光子與電子碰撞時(shí) 光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子 如圖1給出了光子與靜止電子碰撞后 電子的運(yùn)動(dòng)方向 則碰撞過(guò)程中動(dòng)量 選填 守恒 或 不守恒 能量 選填 守恒 或 不守恒 碰后光子可能沿 選填 1 2 或 3 方向運(yùn)動(dòng) 并且波長(zhǎng) 選填 不變 變小 或 變長(zhǎng) 圖1 解析光子與電子碰撞過(guò)程滿足動(dòng)量守恒和能量守恒 所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰前的方向一致 由矢量合成知識(shí)可知碰后光子的方向可能沿1方向 不可能沿2或3方向 通過(guò)碰撞 光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子 能量減少 由e h 知 頻率變小 再根據(jù)c 知 波長(zhǎng)變長(zhǎng) 答案守恒守恒1變長(zhǎng) 二 對(duì)光的波粒二象性的理解 例2下列關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是 a 大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性 個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性b 光在傳播時(shí)是波 而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子c 高頻光是粒子 低頻光是波d 波粒二象性是光的根本屬性 有時(shí)它的波動(dòng)性顯著 有時(shí)它的粒子性顯著 解析光的波粒二象性指光有時(shí)候表現(xiàn)出的粒子性較明顯 有時(shí)候表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯 d正確 大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性 個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性 a正確 光在傳播時(shí)波動(dòng)性顯著 光與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著 b錯(cuò)誤 頻率高的光粒子性顯著 頻率低的光波動(dòng)性顯著 c錯(cuò)誤 答案ad 針對(duì)訓(xùn)練2下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中 正確的是 a 有的光是波 有的光是粒子b 光子與電子是同樣的一種粒子c 光的波長(zhǎng)越長(zhǎng) 其波動(dòng)性越顯著 波長(zhǎng)越短 其粒子性越顯著d 大量光子的行為往往顯示出粒子性 解析一切光都具有波粒二象性 光的有些行為 如干涉 衍射 表現(xiàn)出波動(dòng)性 光的有些行為 如光電效應(yīng) 表現(xiàn)出粒子性 所以 不能說(shuō)有的光是波 有的光是粒子 雖然光子與電子都是微觀粒子 都具有波粒二象性 但電子是實(shí)物粒子 有靜止質(zhì)量 光子不是實(shí)物粒子 沒(méi)有靜止質(zhì)量 電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì) 光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì) 所以 不能說(shuō)光子與電子是同樣的一種粒子 光的波粒二象性的理論和實(shí)驗(yàn)表明 大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性 個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性 光的波長(zhǎng)越長(zhǎng) 衍射性越好 即波動(dòng)性越顯著 光的波長(zhǎng)越短 其光子能量越大 個(gè)別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng) 所以其粒子性就很顯著 綜上所述 本題正確答案為選項(xiàng)c 答案c 對(duì)點(diǎn)練習(xí)鞏固 應(yīng)用 反饋 對(duì)康普頓效應(yīng)的理解1 關(guān)于康普頓效應(yīng) 下列說(shuō)法正確的是 a 康普頓在研究x射線散射時(shí) 發(fā)現(xiàn)散射光的波長(zhǎng)發(fā)生了變化 為波動(dòng)說(shuō)提供了依據(jù)b x射線散射時(shí) 波長(zhǎng)改變的多少與散射角有關(guān)c 發(fā)生散射時(shí) 波長(zhǎng)較短的x射線或 射線入射時(shí) 產(chǎn)生康普頓效應(yīng)d 愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)能夠解釋康普頓效應(yīng) 所以康普頓效應(yīng)支持粒子說(shuō) 解析美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究x射線散射時(shí) 發(fā)現(xiàn)散射光波長(zhǎng)發(fā)生了變化 這種現(xiàn)象用波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋 用光子說(shuō)卻可以解釋 a錯(cuò) 波長(zhǎng)改變的多少與散射角有關(guān) b對(duì) 當(dāng)波長(zhǎng)較短時(shí)發(fā)生康普頓效應(yīng) 較長(zhǎng)時(shí)發(fā)生光電效應(yīng) c d對(duì) 答案bcd 2 康普頓假設(shè)電子是自由電子 當(dāng)光子與電子相互作用時(shí) 其過(guò)程可看成彈性碰撞 既遵守 守恒定律 又遵守 守恒定律 在碰撞中光子將能量 的一部分傳遞給電子 光子的能量減少 波長(zhǎng)變長(zhǎng) 康普頓提出的理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符 從而進(jìn)一步說(shuō)明光具有 性 能量 動(dòng)量 h 粒子 對(duì)光的波粒二象性的理解3 關(guān)于光的波粒二象性 下列說(shuō)法中不正確的是 a 波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性 有時(shí)表現(xiàn)為粒子性b 光波頻率越高 粒子性越明顯c 能量越大的光子其波動(dòng)性越顯著d 個(gè)別光子易表現(xiàn)出粒子性 大量光子易表現(xiàn)出波動(dòng)性e 光的波粒二象性應(yīng)理解為 在某種場(chǎng)合下光的粒子性表現(xiàn)明顯 在另外某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯 解析光的波粒二象性指光有