高中物理第二章波粒二象性2.3康普顿效应及其解释2.4光的波粒二象性

1/26第三节

康普顿效应及其解释第四节

光波粒二象性2/26目标导航预习导引3/26目标导航预习导引二一

4/26目标导航预习导引二一4.康普顿效应意义再次证实了爱因斯坦光子假说正确性.不但证实了光子含有能量,同时证实了光子含有动量.太阳光从小孔射入室内时,我们从侧面能够看到这束光;白天天空各处都是亮;宇航员在太空中尽管太阳光刺眼刺目,其它方向天空却是黑.为何?答案:地球上存在着大气,太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向;而在太空中真空环境下,光不再散射,只向前传输.5/26目标导航二一预习导引二、光波粒二象性1.光波粒二象性本质(1)双缝干涉试验装置如图

(2)条件控制降低光源S强度,直到入射光减弱到没有两个光子同时存在程度.(3)试验过程经过短时间、较长时间和长时间让感光片曝光.6/26目标导航二一预习导引

(4)试验结果①短时间,感光片上展现杂乱分布光点.②较长时间,感光片上展现含糊亮纹.③长时间,感光片上形成清楚明暗相间干涉图样.④试验结论光现有粒子性,又有波动性,光含有波粒二象性.2.概率波(1)对干涉试验中明暗条纹解释每个光子按照一定概率落在感光片上某一点,概率大地方落下光子多,形成亮纹,概率小地方落下光子少,形成暗纹.(2)光波是一个概率波,干涉条纹是光子在感光片上各点概率分布反应.在宏观世界波和粒子是相互对立,在微观世界波和粒子是统一.单个光子运动含有偶然性,大量光子运动符合统计规律,概率波表达了波粒二象性友好统一.

7/26知识精要思索探究迁移应用一二典题例解

三8/26一二知识精要思索探究迁移应用典题例解光子说是怎样对康普顿效应进行解释?答案: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两球碰撞很相同.按照爱因斯坦光子说,一个X射线光子不但含有能量

ε=hν,而且还有动量,如图所表示.这个光子与静止电子发生弹性斜碰,光子把部分能量转移给了电子,能量由hν减小为hν',所以频率减小,波长增大.同时,光子还使电子取得一定动量.三9/26一二知识精要思索探究迁移应用典题例解【例1】

(多项选择)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线散射时,发觉在散射X射线中,除了与入射波长λ0相同成分外,还有波长大于λ0成份,这个现象称为康普顿效应.关于康普顿效应,以下说法中正确是(

)A.康普顿效应现象说明光含有波动性B.康普顿效应现象说明光含有粒子性C.当光子与晶体中电子碰撞后,其能量增加D.当光子与晶体中电子碰撞后,其能量降低思绪分析:(1)对康普顿现象了解,能够类比实物粒子弹性碰撞,在散射过程中要遵照动量守恒和能量守恒定律.(2)是否发生光电效应或康普顿效应取决于入射光波长.当波长较短X射线或γ射线入射时,产生康普顿效应;当波长较长可见光或紫外光入射时,主要产生光电效应.三10/26一二知识精要思索探究迁移应用典题例解

三11/26一二知识精要思索探究迁移应用典题例解三12/26一二知识精要思索探究迁移应用典题例解白天天空各处都是亮,是大气分子对太阳光散射结果.假设一个运动光子和一个静止自由电子碰撞以后,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光子相比(

)

A.频率变大 B.频率不变C.光子能量变大 D.波长变长答案:D解析;运动光子和一个静止自由电子碰撞时,既恪守能量守恒,又恪守动量守恒.碰撞中光子将能量为hν一部分传递给了电子,光子能量降低,波长变长,频率减小,D选项正确.三13/26一二知识精要典题例解迁移应用思索探究二、光波粒二象性

三14/26一二知识精要典题例解迁移应用思索探究三15/26一二知识精要典题例解迁移应用思索探究三16/26一二知识精要典题例解迁移应用思索探究有一位记者曾向英国物理学家、诺贝尔奖取得者布拉格请教:光是波还是粒子?布拉格幽默地答道:“星期一、三、五它是一个波,星期二、四、六它是一个粒子,星期天物理学家休息.”你是怎样了解布拉格回答?答案:光既不一样于宏观观念粒子,又不一样于宏观观念波,但光既含有粒子性,又含有波动性.粒子性、波动性都是光本身属性.三17/26一二知识精要典题例解迁移应用思索探究【例2】

(多项选择)对光认识,以下说法正确是(

)个别光子行为表现为粒子性,大量光子行为表现为波动性B.光波动性是因为光子间相互作用而形成C.光表现出波动性时,就不含有粒子性了,光表现出粒子性时,就不含有波动性了光波粒二象性应了解为:在某种场所下光波动性表现明显,在另外某种场所下,光粒子性表现显著解析;个别光子行为表现为粒子性,大量光子行为表现为波动性,A正确;当光和物质作用时,是“一份一份”,表现出粒子性,并不是光子间相互作用,B错误;光传输表现为波动性,光波动性与粒子性都是光本质属性,只是表现显著是否,不轻易观察并不说明不含有,C错误,D正确.答案:AD三18/26一二知识精要典题例解迁移应用思索探究(多项选择)在验证光波粒二象性试验中,以下说法正确是(

)使光子一个一个地经过单缝,假如时间足够长,底片上会出现衍射图样B.单个光子经过单缝后,底片上会出现完整衍射图样C.光子经过单缝运动路线像水波一样起伏D.单个光子经过单缝后打在底片情况展现出随机性,大量光子经过单缝后打在底片上情况展现出规律性答案:AD解析;个别光子行为表现出粒子性.单个光子运动是随机、无规律.大量光子行为表现出波动性,大量光子运动符合统计规律,经过单缝产生衍射图样,故A、D正确,B错误;光子经过单缝运动路线是有规律,故C错误.三19/26一三知识精要典题例解迁移应用思索探究二三、概率波1.单个光子运动偶然性用弱光照射双缝,当照射时间很短时,胶片上出现是散乱感光点,这一个个感光点表明光在与胶片作用(使其感光)时,是一份一份进行;同时,感光点散乱还表明单个光子经过双缝后抵达胶片什么位置是随机,是预先不能确定.2.大量光子运动必定性当弱光照射双缝较长一段时间后,有大量光子先后经过双缝落在胶片上,出现大量感光点,这些感光点形成份隔一条条感光带,这正是光双缝干涉条纹.在明条纹(感光强)处光子抵达多,单个光子抵达明条纹处概率大,而在暗条纹(感光弱)处,光子抵达概率小,所以,尽管单个光子经过双缝后落在胶片上何处是随机,但它抵达胶片上某位置处概率大小却符合波动规律.从这个意义上讲,光是一个概率波.20/26一三知识精要典题例解迁移应用思索探究二3.友好统一概率是一个统计概念,少许光子行为显示不出概率统计规律,大量光子才显示出这种规律.“概率波”实际上是将光波动性和粒子性统一起来一个说法.4.波动性是光子属性从经典物理学角度上讲,波动应该是质点间相互作用结果.在这里,光子含有波动性,就应该是光子与光子作用结果.但人们发觉在双缝干涉试验中,即使光很弱,弱到光子一个一个地射向胶片(这时排除了光子间有相互作用),在照射时间足够长时,底片上最终还是形成了干涉图样,这正说明波动性不是由光子间相互作用而引发,而是光子固有属性.21/26一三知识精要典题例解迁移应用思索探究二1927年,两位美国物理学家用电子束照射到铝箔金属晶体上得到了电子束衍射图案(如图),从而证实了德布罗意假设.在电子衍射图样中,出现明暗相间圆环,说明什么?答案:在电子衍射图样中,出现明暗相间圆环,说明电子落在“亮圆”上概率大,落在“暗圆”上概率小.22/26一三知识精要典题例解迁移应用思索探究二【例3】

(多项选择)物理学家做了一个有趣试验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上摄影底片,若减弱光强度,使光子只能一个一个地经过狭缝,试验结果表明,假如曝光时间不太长,底片上只出现一些不规则点子;假如曝光时间足够长,底片上就出现了规则干涉条纹.对这个试验结果,以下认识正确是(

)A.曝光时间不长时,光子能量太小,底片上条纹看不清楚,故出现不规则点子B.单个光子运动没有确定轨道C.干涉条纹中明亮部分是光子抵达机会较多地方D.只有大量光子行为才能表现出波动性23/26一三知识精要典题例解迁移应用思索探究二解析:光是一个概率波,对于一个光子经过单缝落在何处,是不确定,但概率最大是中央亮纹处,可达95%以上,还可能落到暗纹处,不过落在暗纹处概率最小(注意暗纹处并非无光子抵达).故C、D选项正确.答案:CD24/26一三知识精要典题例解迁移应用思索探究二25/26一三知识精要典题例解迁移应用思索探究二(多项选择)电子运动受波动性支配,对于氢原子核外电子,以下说法正确是(

)A.氢原子核外电子能够用确定坐标描述它们在