第2章 第3節(jié)　康普頓效應及其解釋 第4節(jié)　光的波粒二象性

1、.第三節(jié)康普頓效應及其解釋第四節(jié)光的波粒二象性學 習 目 標知 識 脈 絡1.理解康普頓效應，知道康普頓效應進一步證明了光的粒子性重點2理解光的波粒二象性，知道光是一種概率波難點康普頓效應及其解釋1康普頓效應：用光照射物體時，散射出來的光的波長會變長的現(xiàn)象，稱為康普頓效應2光子的動量：p1散射光波長的變化，是入射光與物質中的自由電子發(fā)生碰撞的結果2光子與電子作用過程中，總能量、總動量均守恒3光的電磁理論可以解釋康普頓效應×太陽光從小孔射入室內時，我們從側面可以看到這束光；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】地球上存在著大氣，

2、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1經(jīng)典解釋電磁波的解釋單色電磁波作用于比波長尺寸小的帶電粒子上時，引起受迫振動，向各方向輻射同頻率的電磁波經(jīng)典理論可以解釋頻率不變的一般散射，但對康普頓效應不能作出合理解釋2光子理論解釋在X射線散射現(xiàn)象中，假定X射線光子與電子發(fā)生完全彈性碰撞，這種碰撞跟臺球比賽中的兩球碰撞很相似按照愛因斯坦的光子說，一個X射線光子不僅具有能量h，而且還有動量相對X射線光子的能量，物質中電子的能量是很小的，電子可以近似看做是靜止的如圖2­3­1所示，這個光子與靜止的電子發(fā)生彈性碰撞，碰撞過程中光子和電子的總

3、能量守恒，總動量也守恒，光子把部分能量轉移給了電子，能量由h減小為h，因此頻率減小，波長變長同時，光子要把一部分動量轉移給電子，因此光子動量變小，從p看，動量p減小也意味著波長變大，因此有些光子散射后波長變長了圖2­3­11康普頓效應證實了光子不僅具有能量，也有動量，如圖2­3­2給出了光子與靜止電子碰撞后電子的運動方向，那么碰后光子可能沿_方向選填“1“2或“3，且波長變_圖2­3­2【解析】康普頓效應第一次從實驗上證實了愛因斯坦提出的關于光子具有動量的假設光子和電子、質子這樣的實物粒子一樣，不僅具有能量，也具有動量，碰撞過程中能量

4、守恒，動量也守恒根據(jù)動量守恒，碰后光子不可能沿2、3方向，根據(jù)能量守恒，在散射波中，除了原波長的波以外，還出現(xiàn)波長增大的波【答案】1長2假設一個光子與一個靜止的電子碰撞，光子并沒有被吸收，只是被電子反彈回來，散射光子的頻率與原來光子的頻率相比哪個大？為什么？【解析】碰撞后光子動量減小，而p，所以波長變大，又由c知變小【答案】見解析1康普頓提出的理論與實驗結果相符，從而進一步說明了光具有粒子性2產(chǎn)生光電效應或康普頓效應取決于入射光的波長：當波長較短的X射線或射線入射時，產(chǎn)生康普頓效應；當波長較長的可見光或紫外線入射時，主要產(chǎn)生光電效應光的波粒二象性1光的波粒二象性的本質1光的干預和衍射實驗說明，

5、光是一種電磁波，具有波動性2光電效應和康普頓效應那么說明，光在與物體互相作用時，是以一個個光子的形式出現(xiàn)的，具有粒子性3光既有粒子性，又有波動性，單獨使用波或粒子的解釋都無法完好地描繪光所有的性質，這種性質稱為波粒二象性2概率波在光的干預實驗中，每個光子按照一定的概率落在感光片的某一點上概率大的地方落下的光子多，形成亮紋；概率小的地方落下的光子少，形成暗紋所以，干預條紋是光子落在感光片上各點的概率分布的反映這種概率分布就好似波干預時強度的分布從這個意義上講，有人把對光的描繪說成是概率波1波動性不是每一個光子的屬性×2單個光子運動具有偶爾性，大量光子運動符合統(tǒng)計規(guī)律，概率波表達了波粒二

6、象性的和諧統(tǒng)一3描繪光性質的最恰當?shù)恼Z言是概率波曾有一位記者向物理學家諾貝爾獎獲得者布拉格請教：“光是波還是粒子？你是如何理解的？你想知道布拉格是如何答復的嗎？同學們可以上網(wǎng)查找相關資料【提示】光既不同于宏觀觀念的粒子，也不同于宏觀觀念的波，但光既具有粒子性又具有波動性，粒子性和波動性都是光本身的屬性1光的粒子性的含義粒子的含義是“不連續(xù)“一份一份的，光的粒子即光子，不同于宏觀概念的粒子，但也具有動量和能量1當光同物質發(fā)生作用時，表現(xiàn)出粒子的性質2少量或個別光子易顯示出光的粒子性3頻率高，波長短的光，粒子性特征顯著2光的波動性的含義光的波動性是光子本身的一種屬性，它不同于宏觀的波，它是一種概率

7、波，即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小概率可用波動規(guī)律描繪：1足夠能量的光大量光子在傳播時，表現(xiàn)出波的性質2頻率低，波長長的光，波動性特征顯著3光的波動性、粒子性是統(tǒng)一的1光的粒子性并不否認光的波動性，光既具有波動性，又具有粒子性，波動性、粒子性都是光的本身屬性，只是在不同條件下的表現(xiàn)不同2只有從波粒二象性的角度，才能統(tǒng)一說明光的各種行為3多項選擇以下說法正確的選項是 【導學號：55272050】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光子和電子是不同的兩種粒子，但都具有波粒二象性D光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著【解析】光同時具有波粒二象性，只不過在有的情

8、況下波動性顯著，有的情況下粒子性顯著，光的波長越長，越容易觀察到其波動特性光子不同于一般的實物粒子，它沒有靜止質量，是一個個的能量團，是光的能量的最小單位選項C、D正確【答案】CD4關于光的本性，以下說法中正確的選項是 A關于光的本性，牛頓提出“微粒說，惠更斯提出“波動說，愛因斯坦提出“光子說，它們都說明了光的本性B光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C光的干預、衍射現(xiàn)象說明光具有粒子性D光電效應說明光具有粒子性【解析】光的波動性指大量光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動規(guī)律來描繪，不是惠更斯的波動說中宏觀意義下的機械波，光的粒子性是指光的能量是一

9、份一份的，每一份是一個光子，不是牛頓微粒說中的經(jīng)典微粒某現(xiàn)象說明光具有波動性，是指波動理論能解釋這一現(xiàn)象某現(xiàn)象說明光具有粒子性，是指能用粒子說解釋這個現(xiàn)象要區(qū)分說法和物理史實與波粒二象性之間的關系，C、D正確，A、B、C錯誤【答案】D5多項選擇關于光的波粒二象性的理解正確的選項是 【導學號：55272051】A大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B光在傳播時是波，而與物質互相作用時就轉變成粒子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，有時它的波動性顯著，有時它的粒子性顯著【解析】光的波粒二象性指光有時候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時候表現(xiàn)出的波動性較明顯，D正確；大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為往往表現(xiàn)出