鲁科版选修35 康普顿效应 第1课时 学案.docx

5.2 康普顿效应学习目标：1.了解康普顿x射线散射实验.2.理解康普顿x射线实验原理.3.掌握康普顿效应的概念，知道光的波粒二象性预习导学：一、康普顿对x射线散射的研究 1光的散射光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的现象2康普顿效应在光的散射中，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关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，深入揭示了光具有粒子性二、光的波粒二象性1光具有波粒二象性：光子既有粒子的特征，又有波的特征2发生光电效应或康普顿效应取决于入射光的波长3光波是一种概率波4光的波动性和粒子性不是均衡表现的，波长较长时，光子的能量和动量很小，波动性比较明显，波长越长，波动性越明显光在与电子相互作用时表现为粒子性，在传播过程中更多地表现为波动性进行新课：情景导入 1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对x射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大，他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子（图2-3-1）.康普顿假设光子和电子、质子这样的实物粒子一样，不仅具有能量，也具有动量，碰撞过程中能量守恒，动量也守恒.按照这个思想列出方程后求出了散射前后的波长差，结果跟实验数据完全相符，这样就证实了他的假设.这个现象叫做康普顿效应.图2-3-1问题：你能根据所学知识进行解释吗？简答：光子与电子发生碰撞遵循动量守恒定律和能量守恒定律，碰撞后，电子获得了动能，而光子的能量减少，故光子的频率也变小.知识预览对康普顿效应的理解1实验现象：x射线管发出波长为0的x射线，通过小孔投射到散射物石墨上x射线在石墨上被散射，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关2康普顿效应与经典物理理论的矛盾：按照经典物理理论，入射光引起物质内部带电粒子的受迫振动，振动着的带电粒子从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光散射光的频率应该等于粒子受迫振动的频率(即入射光的频率)因此散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应该出现波长变长的散射光另外，经典物理理论无法解释波长改变与散射角的关系3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(1)光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长(2)因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长改变与散射角有关例1：白天的天空到处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比()a频率变大 b速度变小c光子能量变大 d波长变长答案d解析光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量均增加，所以光子的动量、能量减小，由，eh可知光子频率变小，波长变长，故d正确由于光子速度是不变的，故b错误三点剖析（1）经典解释（电磁波的解释） 单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波. 经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能作出合理解释！（2）光子理论解释 x射线为一些e=h的光子，与自由电子发生完全弹性碰撞，电子获得一部分能量，散射的光子能量减小，频率减小，波长变长. 这个过程设动量守恒与能量守恒仍成立，则由电子：p=m0v;e=(设电子开始静止，势能忽略)；光子：p=h/;e=h=h，由以上几式得：-0=.其中（h/m0c）=2.3410-12 m称为康普顿波长.如图2-3-2图2-3-2各个击破【例题2】 在康普顿散射中，入射光子波长为0.03，反冲电子的速度为0.6c,求散射光子的波长及散射角.解析：反冲电子的能量增量为e=mc2-m0c2=-m0c2=0.25 m0c2由能量守恒定律，电子增加的能量等于光子损失的能量，故有=0.25m0c2散射光子波长=4.310-12m=0.043由康普顿散射公式，=-0=20.024 3sin2可得sin2=0.267 5，散射角为=6217.答案：0.043 6217课堂练习：1关于康普顿效应，下列说法正确的是()a康普顿在研究x射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动说提供了依据bx射线散射时，波长改变的多少与散射角有关c发生散射时，波长较短的x射线或射线入射时，产生康普顿效应d爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说答案bcd解析美国物理学家康普顿在研究x射线散射时，发现散射光波长发生了变化，这种现象用波动说无法解释，用光子说却可以解释，a错；波长改变的多少与散射角有关，b对；当波长较短时发生康普顿效应，较长时发生光电效应，c、d对2康普顿假设电子是自由电子，当光子与电子相互作用时，其过程可看成弹性碰撞，既遵守_守恒定律，又遵守_守恒定律，在碰撞中光子将能量_的一部分传递给电子，光子的能量减少，波长变长康普顿提出的理论与实验结果相符，从而进一步说明光具有_性答案能量动量h粒子3证明康普顿散射实验中，波长为0的一个光子与质量为m0的静止电子碰撞后，电子的反冲角与光子散射角之间的关