物理粤教版学案第章第三、四节康普顿效应及其解释光的波粒二象性

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精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重点难点1．了解康普顿效应,知道康普顿效应进一步证明了光的粒子性．2．理解光的波粒二象性,知道光是一种概率波．重点:1．对康普顿效应的解释．2．知道光的波粒二象性，理解其对立统一关系．难点：用波粒二象性知识解释物理现象．一、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______的现象．2．光子的动量p＝________，其中λ为光的波长．3．康普顿对散射光波长变化的解释（1)散射光波长的变化，是入射光与物质中的自由______发生碰撞的结果．（2）物质中电子的动能比入射光子的能量小很多，电子可以看做是______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．4．康普顿效应的意义再次证明了爱因斯坦______假说的正确性．不仅证明了光子具有______,同时证明了光子具有______．预习交流1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？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）条件控制降低光源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)实验过程经过短时间、较长时间和长时间让感光片曝光．(4）实验结果①短时间，感光片上呈现杂乱分布的______．②较长时间，感光片上呈现模糊的______．③长时间，感光片上形成清晰的明暗相间的________．④实验结论光既有粒子性，又有波动性，光具有____________．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上的某一点，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．在宏观世界波和粒子是相互对立的,在微观世界波和粒子是统一的．单个光子运动具有偶然性，大量光子运动符合统计规律，概率波体现了波粒二象性的和谐统一．在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注?请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点我的学疑点答案：一、1．变长2．eq\f(h,λ)3．（1）电子(2）静止（3）守恒（4）减小波长4．光子能量动量预习交流1:答案：地球上存在着大气，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．二、1．(4)光点亮纹干涉图样波粒二象性2．（1）亮纹暗纹（2）概率波一、对康普顿效应的理解1．康普顿效应与经典物理理论有怎样的矛盾？2．在康普顿效应中,有些光子与电子碰撞后的波长变长,你能否从动量的观点和能量的观点分别对其作出解释?3．光子说是如何对康普顿效应进行解释的?4．对比光电效应与康普顿效应，你发现了什么?（2011·西安高二检测）康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．入射光和电子的作用可以看成弹性碰撞，则当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子,如图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞过程中动量________（填“守恒”或“不守恒”），能量________（填“守恒”或“不守恒"）,碰后光子可能沿________（填“1”“2”或“3"）方向运动，并且波长________（选填“不变”“变小”或“变长”）．康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．光电效应应用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．二、光的波粒二象性1．有一位记者曾向英国物理学家、诺贝尔奖获得者布拉格请教：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．"你是如何理解布拉格的回答的?2．通过前面的学习我们知道,光既具有粒子性，又具有波动性,即光具有波粒二象性．你知道在人们对光的认识过程中出现过哪些学说吗？3．如何理解光的波粒二象性？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；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性1．光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的．2．光的波动性不同于宏观概念的波，光子也不同于宏观概念的粒子．1．利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是（）．A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出,成为光电子C．金属表面的一个电子吸收若干个光子,积累了足够的能量才能从金属表面逸出D．无论光子能量大小如何,电子吸收光子并积累了能量后,总能逸出成为光电子2．下列四种单色光中光子能量最小的是（）．A．红光B．橙光C．黄光D．绿光3．关于光的波粒二象性，不正确的说法是（）．A．光的频率越高，光子的能量越大,粒子性越显著B．光的波长越长,光子的能量越小，波动性越显著C．频率高的光子不具有波动性,波长较长的光子不具有粒子性D．个别光子产生的效果往往显示粒子性,大量光子产生的效果往往显示波动性4．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源．X射线是一种高频电磁波,若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以ε和p分别表示X射线每个光子的能量和动量,则（）．A．ε＝eq\f(hλ，c)，p＝0B．ε＝eq\f（hλ,c)，p＝eq\f（hλ，c2）C．ε＝eq\f（hc,λ）,p＝0D．ε＝eq\f（hc，λ)，p＝eq\f(h,λ)5．紫外线光子的动量为eq\f(hν,c)．一个静止的O3吸收了一个紫外线光子后（)．A．仍然静止B．沿着光子原来运动的方向运动C．沿与光子运动方向相反的方向运动D．可能向任何方向运动提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来并进行识记．知识精华技能要领答案：活动与探究1：1．答案：经典物理的理论无法解释康普顿效应．按照经典物理的理论，由于光是电磁振动的传播,入射光将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带电粒子受迫振动的频率,也就是入射光的频率．因此，散射光的波长与入射光的波长应该相同,不应出现λ＞λ0的散射光．2．答案：在康普顿效应中,当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小,从p＝eq\f（h,λ）看，动量p减小意味着波长λ变大，因此有些光子散射后波长变大，同时入射光子与电子相撞时，将本身的一部分能量传递给电子，故能量减小，根据ε＝hν可得ν减小,再由c＝λν，得λ＝eq\f（c，ν)，由于ν减小，故λ变大，故光子的波长变大．3．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ε＝hν，而且还有动量，如图所示．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hν减小为hν′，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．4．答案：光电效应与康普顿效应都说明了光具有粒子性．迁移与应用1:答案：守恒守恒1变长解析：光子与电子碰撞过程满足动量守恒和能量守恒,所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，由矢量合成知识可知碰后光子的方向可能沿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，能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．活动与探究2：1．答案：光既不同于宏观观念的粒子，又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、波动性是光本身的属性．2．答案：在人们对光的认识过程中主要出现过以下学说：学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦公认实验依据光的直线传播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中传播，是横波,光速等于电磁波速光电效应、康普顿效应光既有波动现象,又有粒子特征内容要点光是一群弹性粒子光是一种机械波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁本性的物质,既有波动性又有粒子性3．答案：实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射（1）光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小（概率)可用波动规律来描述．（2）足够能量的光在传播时,表现出波的性质（1）光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的．（2)光的波动性不同于宏观概念的波．（3）波长越长的光越易表现出波动性光的粒子性光电效应、康普顿效应（1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质．（2）少量或个别光子清楚地显示出光的粒子性（1）粒子的含义是“不连续”“一份一份"的．（2）光子不同于宏观概念的粒子波动性和粒子性的对立、统一（1)大量光子易显示波动性，而少量光子易显示出粒子性．（2）波长长（频率低)的光波动性强，而波长短(频率高）的光粒子性强(1）光子说并未否定波动性，ε＝hν＝hc/λ中，ν和λ就是波的概念．（2）波和粒子在宏观世界里是不能统一的,而在微观世界里却是统一的迁移与应用2：C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，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，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，不能说光子与电子是同样一种粒子．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，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著．故选项C正确，A、B、D错误．当堂检测1．A解析：一个电子一次只吸收一个光子，若获得的能量不足以克服逸出功,则无法成为光电子．故A对．2．A解析：因为ε＝hν,则