高中物理 2.3 康普顿效应及其解释课件 粤教版选修35.ppt

高中物理 选修3 5 粤教版 第三节康普顿效应及其解释 目标定位 1 了解康普顿效应及其意义 了解光子理论对康普顿效应的理解 2 知道光的波粒二象性 知道波和粒子的对立统一的关系 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 光的散射 光在介质中与物体微粒的相互作用 使光的传播方向 的光现象 2 康普顿效应 在光的散射中 部分散射光的波长 波长的改变与散射角有关 3 光子的能量为 光子的动量为p 发生改变 变长 h 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 发生碰撞的结果 2 物质中电子的动能比 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 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 了 这样 散射光的 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 性的一面 电子 入射光子的能量 守恒 减小 波长 粒子 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2 3 4 1所示 图2 3 4 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 短时间 感光片上呈现杂乱分布的 较长时间 感光片上呈现模糊的 长时间 感光片上形成清晰的 4 实验结论 光既有波动性 又有粒子性 光具有波粒二象性 亮点 亮纹 干涉图样 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 概率小的地方落下的光子少 形成 2 光波是一种 干涉条纹是光子在感光片上各点概率分布的反映 亮纹 暗纹 概率波 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 h 而且还有动量 如图2 3 4 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h 减小为h 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 3 4 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2 3 4 3给出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2 3 4 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1 单选 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 例2 双选 2014 伊犁哈萨克高二检测 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波动性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错误 针对训练2 单选 有关光的本性 下列说法正确的是 a 光既具有波动性 又具有粒子性 这是互相矛盾和对立的b 光的波动性类似于机械波 光的粒子性类似于质点c 大量光子才具有波动性 个别光子只具有粒子性d 由于光既具有波动性 又具有粒子性 无法只用其中一种去说明光的一切行为 只能认为光具有波粒二象性答案d 解析19世纪初 人们成功地在实验中观察到了光的干涉 衍射现象 这属于波的特征 微粒说无法解释 但到了19世纪末又发现了光的新现象 光电效应 这种现象波动说不能解释 证实光具有粒子性 因此 光既具有波动性 又具有粒子性 但不同于宏观的机械波和质点 波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现 是同一客观事物的两个不同侧面 不同属性 我们无法用其中一种去说明光的一切行为 只能认为光具有波粒二象性 故选项d正确 三 对光是概率波的理解1 单个粒子运动的偶然性 我们可以知道粒子落在某点的概率 但不能预言粒子落在什么位置 即粒子到达什么位置是随机的 是预先不能确定的 2 大量粒子运动的统计规律 光在传播过程中 光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定 所以光波是一种概率波 例3 双选 在单缝衍射实验中 中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95 以上 假设现在只让一个光子通过单缝 那么该光子 a 一定落在中央亮纹处b 一定落在亮纹处c 可能落