粤教版选修35 第二章 第三、四节 康普顿效应及其解释 光的波粒二象性 课件（30张）.ppt

第二章波粒二象性 第三节康普顿效应及其解释 第四节光的波粒二象性 学习目标 1 了解康普顿效应及其意义 2 知道光的波粒二象性并会分析有关现象 3 了解什么是概率波 知道光也是一种概率波 内容索引 知识探究新知探究点点落空 题型探究重点难点各个击破 达标检测当堂检测巩固反馈 知识探究 1 用x射线照射物体时 一部分散射出来的x射线的波长会 这个现象称为康普顿效应 2 按照经典电磁理论 散射前后光的频率 因而散射光的波长与入射光的波长 不应该出现波长的散射光 3 光子不仅具有能量 其表达式为 还具有 其表达式为 一 康普顿效应 变长 不变 相等 变长 h 动量 4 一个光子与静止的电子 电子的速度相对光速而言可以忽略不计 发生弹性碰撞 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 波长 同时光子还使电子获得一定的和 5 x射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守定律和 定律 减小 变长 能量 动量 能量守恒 动量守恒 即学即用 判断以下说法的正误 1 光子的动量与波长成反比 2 光子发生散射后 其动量大小发生变化 但光子的频率不发生变化 3 有些光子发生散射后 其波长变大 4 康普顿效应证明了爱因斯坦光子假说的正确性 光子不仅具有能量 还具有动量 答案 导学探究 人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验 比如 光的单缝衍射实验 图1a 光的双缝干涉实验 图b 光电效应实验 图c 康普顿效应实验等等 二 光的波粒二象性的本质 图1 1 在以上实验中哪些体现了光的波动性 哪些体现了光的粒子性 2 光的波动性和光的粒子性是否矛盾 答案单缝衍射 双缝干涉体现了光的波动性 光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性 答案不矛盾 大量光子在传播过程中显示出波动性 比如干涉和衍射 当光与物质发生作用时 显示出粒子性 如光电效应 康普顿效应 光具有波粒二象性 答案 知识梳理 1 光的波粒二象性的本质 1 双缝干涉实验装置如图2所示 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 图2 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 即学即用 判断下列说法的正误 1 光是一种波 也是一种粒子 光具有波粒二象性 2 光子数量越大 其粒子性越明显 3 光子通过狭缝后落在亮条纹处的概率较小 4 光是一种概率波 答案 题型探究 一 对康普顿效应的理解 1 光电效应揭示出光的粒子性 每个光子携带的能量为 h 爱因斯坦进一步提出光子的动量应为p 式中 为光波的波长 2 康普顿效应不仅有力地验证了光子理论 而且证实了微观领域的现象也严格遵循能量守恒和动量守恒 康普顿效应揭示出光具有粒子性的一面 例1康普顿效应证实了光子不仅具有能量 也有动量 如图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 填 不变 变短 或 变长 答案 解析 图3 1 变长 解析由于光子不仅具有能量 它还具有动量 因此我们可以根据能量和动量的相关规律进行分析和解答 因光子与电子的碰撞过程动量守恒 所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与碰撞前光子动量的方向一致 可见碰撞后光子运动的方向可能沿1方向 不可能沿2或3方向 通过碰撞 光子将一部分能量转移给电子 光子的能量减少 由 h 知 频率变小 再根据c 知 波长变长 针对训练频率为 的光子 具有的能量为h 将这个光子打在处于静止状态的电子上 光子将偏离原来的运动方向 这种现象称为光的散射 散射后的光子a 虽改变原来的运动方向 但频率保持不变b 光子将从电子处获得能量 因而频率将增大c 散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上 但方向相反d 由于电子受到碰撞 散射后的光子频率低于入射光的频率 解析 答案 解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律 不仅适用于宏观世界也适用于微观世界 由于碰撞后光子偏离原来的运动方向 根据动量守恒可得散射后光子运动方向与电子运动方向一定不在同一直线上 选项c错 碰撞过程中光子把一部分能量转移给了电子 光子能量减小 由光子能量公式 h 可知 光子频率减小 故选项a b错 d对 二 对光的波粒二象性的认识 1 大量光子产生的效果显示出波动性 个别光子产生的效果显示出粒子性 2 光子和电子 质子等实物粒子一样 具有能量和动量 和其他物质相互作用时 粒子性起主导作用 在光的传播过程中 光子在空间各点出现的可能性的大小 概率 由波动性起主导作用 因此称光波为概率波 3 频率低 波长长的光 波动性特征显著 而频率高 波长短的光 粒子性特征显著 4 光子的能量与其对应的频率成正比 而频率是描述波动性特征的物理量 因此 h 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系 例2 多选 对光的认识 以下说法中正确的是a 个别光子的行为表现出粒子性 大量光子的行为表现出波动性b 高频光是粒子 低频光是波c 光表现出波动性时 就不具有粒子性了 光表现出粒子性时 就不再具有波动性了d 光的波粒二象性应理解为 在某种场合下光的波动性表现得明显 在另外某种场合下 光的粒子性表现得明显 答案 解析 解析个别光子的行为表现为粒子性 大量光子的行为表现为波动性 光与物质相互作用 表现为粒子性 光的传播表现为波动性 光的波动性与粒子性都是光的本质属性 频率高的光粒子性强 频率低的光波动性强 光的粒子性表现明显时仍具有波动性 因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律 故正确选项为a d 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 多选 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 可能落在暗纹处d 落在中央亮纹处的可能性最大 解析根据光波是概率波的概念 对于一个光子通过单缝落在何处 是不可确定的 但概率最大的是落在中央亮纹处 当然也可能落在其他亮纹处 还可能落在暗纹处 不过 落在暗纹处的概率很小 故c d选项正确 答案 解析 达标检测 1 2 3 4 1 康普顿效应的理解 科学研究证明 光子有能量也有动量 当光子与电子碰撞时 光子的一些能量转移给了电子 假设光子与电子碰撞前的波长为 碰撞后的波长为 则碰撞过程中a 能量守恒 动量守恒 且 b 能量不守恒 动量不守恒 且 c 能量守恒 动量守恒 且 答案 解析 1 2 3 4 解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律 适用于宏观世界也适用于微观世界 光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律 当光子与电子碰撞时 光子的一些能量转移给了电子 答案 解析 1 2 3 4 2 光的波粒二象性的理解 下列有关光的波粒二象性的说法中 正确的是a 有的光是波 有的光是粒子b 光子与电子是同样的一种粒子c 光的波长越长 其波动性越显著 光的波长越短 其粒子性越显著d 大量光子的行为往往表现出粒子性 解析 解析一切光都具有波粒二象性 光的有些行为 如干涉 衍射 表现出波动性 有些行为 如光电效应 表现出粒子性 a错误 虽然光子与电子都是微观粒子 但电子是实物粒子 有静止质量 光子不是实物粒子 没有静止质量 电子是以实物形式存在的物质 光子是以场形式存在的物质 所以b错误 光的波粒二象性的理论和实验表明 大量光子的行为表现出波动性 个别光子的行为表现出粒子性 光的波长越长 波动性越显著 光的波长越短 粒子性越显著 故选项c正确 d错误 1 2 3 4 1 2 3 4 3 光的本性的认识 关于光的本性 下列说法中正确的是a 关于光的本性 牛顿提出 微粒说 惠更斯提出 波动说 爱因斯坦提出 光子说 它们都说明了光的本性b 光具有波粒二象性是指 既可以把光看成宏观概念上的波 也可以看成微观概念上的粒子c 光的干涉 衍射现象说明光具有波动性 光电效应说明光具有粒子性d 光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来 答案