第2章 第3节　康普顿效应及其解释 第4节　光的波粒二象性

1、.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 标知 识 脉 络1.理解康普顿效应，知道康普顿效应进一步证明了光的粒子性重点2理解光的波粒二象性，知道光是一种概率波难点康普顿效应及其解释1康普顿效应：用光照射物体时，散射出来的光的波长会变长的现象，称为康普顿效应2光子的动量：p1散射光波长的变化，是入射光与物质中的自由电子发生碰撞的结果2光子与电子作用过程中，总能量、总动量均守恒3光的电磁理论可以解释康普顿效应×太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的为什么？【提示】地球上存在着大气，

2、太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方向；而在太空中的真空环境下，光不再散射，只向前传播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可以解释频率不变的一般散射，但对康普顿效应不能作出合理解释2光子理论解释在X射线散射现象中，假定X射线光子与电子发生完全弹性碰撞，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，而且还有动量相对X射线光子的能量，物质中电子的能量是很小的，电子可以近似看做是静止的如图2­3­1所示，这个光子与静止的电子发生弹性碰撞，碰撞过程中光子和电子的总

3、能量守恒，总动量也守恒，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，波长变长同时，光子要把一部分动量转移给电子，因此光子动量变小，从p看，动量p减小也意味着波长变大，因此有些光子散射后波长变长了图2­3­11康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图2­3­2给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，那么碰后光子可能沿_方向选填“1“2或“3，且波长变_图2­3­2【解析】康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设光子和电子、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

4、守恒，动量也守恒根据动量守恒，碰后光子不可能沿2、3方向，根据能量守恒，在散射波中，除了原波长的波以外，还出现波长增大的波【答案】1长2假设一个光子与一个静止的电子碰撞，光子并没有被吸收，只是被电子反弹回来，散射光子的频率与原来光子的频率相比哪个大？为什么？【解析】碰撞后光子动量减小，而p，所以波长变大，又由c知变小【答案】见解析1康普顿提出的理论与实验结果相符，从而进一步说明了光具有粒子性2产生光电效应或康普顿效应取决于入射光的波长：当波长较短的X射线或射线入射时，产生康普顿效应；当波长较长的可见光或紫外线入射时，主要产生光电效应光的波粒二象性1光的波粒二象性的本质1光的干预和衍射实验说明，

5、光是一种电磁波，具有波动性2光电效应和康普顿效应那么说明，光在与物体互相作用时，是以一个个光子的形式出现的，具有粒子性3光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完好地描绘光所有的性质，这种性质称为波粒二象性2概率波在光的干预实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点上概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹所以，干预条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映这种概率分布就好似波干预时强度的分布从这个意义上讲，有人把对光的描绘说成是概率波1波动性不是每一个光子的属性×2单个光子运动具有偶尔性，大量光子运动符合统计规律，概率波表达了波粒二

6、象性的和谐统一3描绘光性质的最恰当的语言是概率波曾有一位记者向物理学家诺贝尔奖获得者布拉格请教：“光是波还是粒子？你是如何理解的？你想知道布拉格是如何答复的吗？同学们可以上网查找相关资料【提示】光既不同于宏观观念的粒子，也不同于宏观观念的波，但光既具有粒子性又具有波动性，粒子性和波动性都是光本身的属性1光的粒子性的含义粒子的含义是“不连续“一份一份的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量1当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质2少量或个别光子易显示出光的粒子性3频率高，波长短的光，粒子性特征显著2光的波动性的含义光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率

7、波，即光子在空间各点出现的可能性大小概率可用波动规律描绘：1足够能量的光大量光子在传播时，表现出波的性质2频率低，波长长的光，波动性特征显著3光的波动性、粒子性是统一的1光的粒子性并不否认光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下的表现不同2只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种行为3多项选择以下说法正确的选项是 【导学号：55272050】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光子和电子是不同的两种粒子，但都具有波粒二象性D光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著【解析】光同时具有波粒二象性，只不过在有的情

8、况下波动性显著，有的情况下粒子性显著，光的波长越长，越容易观察到其波动特性光子不同于一般的实物粒子，它没有静止质量，是一个个的能量团，是光的能量的最小单位选项C、D正确【答案】CD4关于光的本性，以下说法中正确的选项是 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光的干预、衍射现象说明光具有粒子性D光电效应说明光具有粒子性【解析】光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描绘，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一

9、份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系，C、D正确，A、B、C错误【答案】D5多项选择关于光的波粒二象性的理解正确的选项是 【导学号：55272051】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粒子性B光在传播时是波，而与物质互相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【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，个别光子的行为往往表现出