物理 第二章 波粒二象性 2.3 康普頓效應(yīng)及其解釋 2.4 光的波粒二象性 粵教版選修3-5

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1、第三節(jié)康普頓效應(yīng)及其解釋第三節(jié)康普頓效應(yīng)及其解釋第四節(jié)光的波粒二象性第四節(jié)光的波粒二象性 目標(biāo)定位目標(biāo)定位1.了了解康普頓效應(yīng)及其意義解康普頓效應(yīng)及其意義.2.知道光的波粒二知道光的波粒二象性并會(huì)分析有關(guān)現(xiàn)象象性并會(huì)分析有關(guān)現(xiàn)象.3.了解什么是概率波，知道光也是一了解什么是概率波，知道光也是一種概率波種概率波變長(zhǎng)變長(zhǎng)h2康普頓對(duì)散射光波長(zhǎng)變化的解釋康普頓對(duì)散射光波長(zhǎng)變化的解釋(1)散散射光波長(zhǎng)的變化，是入射光子與物質(zhì)中的射光波長(zhǎng)的變化，是入射光子與物質(zhì)中的 發(fā)生碰撞發(fā)生碰撞的結(jié)果的結(jié)果(2)物質(zhì)中電子的動(dòng)能比物質(zhì)中電子的動(dòng)能比 小很多，電子可以看小很多，電子可以看做是靜止的做是靜止的(3)光子

2、與電子作用過程中，總能量、總動(dòng)量均光子與電子作用過程中，總能量、總動(dòng)量均 (4)光子因與電子相碰，有一部分能量和動(dòng)量給了電子，光子光子因與電子相碰，有一部分能量和動(dòng)量給了電子，光子的能量和動(dòng)量均的能量和動(dòng)量均 了，這樣，散射光的了，這樣，散射光的 也就變長(zhǎng)了也就變長(zhǎng)了3康普頓效應(yīng)的意義康普頓效應(yīng)的意義康康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有動(dòng)量，深入揭普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有動(dòng)量，深入揭示了光的示了光的 性的一面性的一面電子電子入射光子的能量入射光子的能量守恒守恒減小減小波長(zhǎng)波長(zhǎng)粒子粒子二、光的波粒二象性二、光的波粒二象性1光的波粒二象性的本質(zhì)光的波粒二象性的本質(zhì)(1)雙雙

3、縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示所示圖圖1(2)實(shí)驗(yàn)要求：降低光源實(shí)驗(yàn)要求：降低光源S的強(qiáng)度，直到入射光減弱到?jīng)]有兩的強(qiáng)度，直到入射光減弱到?jīng)]有兩個(gè)光子同時(shí)存在的程度個(gè)光子同時(shí)存在的程度(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：短時(shí)間，感光片上呈現(xiàn)雜亂分布的短時(shí)間，感光片上呈現(xiàn)雜亂分布的 較長(zhǎng)時(shí)間，感光片上呈現(xiàn)模糊的較長(zhǎng)時(shí)間，感光片上呈現(xiàn)模糊的 長(zhǎng)時(shí)間，感光片上形成清晰的長(zhǎng)時(shí)間，感光片上形成清晰的 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光既有波動(dòng)性，又有粒子性，光具有波粒二象實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光既有波動(dòng)性，又有粒子性，光具有波粒二象性性亮點(diǎn)亮點(diǎn)亮紋亮紋干涉圖樣干涉圖樣2概率波概率波(1)對(duì)對(duì)干涉實(shí)驗(yàn)中明暗條紋的解釋干涉實(shí)驗(yàn)中明暗

4、條紋的解釋每個(gè)光子按照一定的概率落在感光片的某一點(diǎn)，概率大每個(gè)光子按照一定的概率落在感光片的某一點(diǎn)，概率大的地方落下的光子多，形成的地方落下的光子多，形成 ；概率小的地方落下的；概率小的地方落下的光子少，形成光子少，形成 (2)光波是一種光波是一種 ，干涉條紋是光子在感光片上各，干涉條紋是光子在感光片上各點(diǎn)概率分布的反映點(diǎn)概率分布的反映亮紋亮紋暗紋暗紋概率波概率波預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你疑惑的問題記錄在下面的表格中預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題問題1問題問題2問題問題3一、康普頓效應(yīng)一、康普頓效應(yīng)1實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果1918年年1922年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)年，美國(guó)物理

5、學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射的線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射的X射線中，除有與入射線波長(zhǎng)相射線中，除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有波長(zhǎng)比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線人們同的射線外，還有波長(zhǎng)比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線人們把這種波長(zhǎng)變化的現(xiàn)象叫做康普頓效應(yīng)把這種波長(zhǎng)變化的現(xiàn)象叫做康普頓效應(yīng)2光子說對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋光子說對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋假假定定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞，這種碰撞跟臺(tái)球比射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞，這種碰撞跟臺(tái)球比賽中的兩球碰撞很相似按照愛因斯坦的光子說，一個(gè)賽中的兩球碰撞很相似按照愛因斯坦的光子說，一個(gè)X射線光子不僅具有能量射線光子不僅具有能量h，而且還有動(dòng)量如圖，而且還有動(dòng)

6、量如圖2所所示這個(gè)光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分示這個(gè)光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子，能量由能量轉(zhuǎn)移給了電子，能量由h減小為減小為h，因此頻率減小，因此頻率減小，波長(zhǎng)增大同時(shí)，光子還使電子獲得一定的動(dòng)量這樣波長(zhǎng)增大同時(shí)，光子還使電子獲得一定的動(dòng)量這樣就圓滿地解釋了康普頓效應(yīng)就圓滿地解釋了康普頓效應(yīng)圖圖2【例【例1】康康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量，普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量，如圖如圖3給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰撞后光子可能沿方向則碰撞后光子可能沿方向_運(yùn)動(dòng)，并且波長(zhǎng)運(yùn)

7、動(dòng)，并且波長(zhǎng)_(選填選填“不變不變”、“變短變短”或或“變長(zhǎng)變長(zhǎng)”)圖圖3答案答案1變變長(zhǎng)長(zhǎng)解析解析根據(jù)動(dòng)量守恒定律知，光子與靜止電子碰撞前后動(dòng)量根據(jù)動(dòng)量守恒定律知，光子與靜止電子碰撞前后動(dòng)量守恒，相碰后合動(dòng)量應(yīng)沿守恒，相碰后合動(dòng)量應(yīng)沿2方向，所以碰后光子可能沿方向，所以碰后光子可能沿1方向方向運(yùn)動(dòng)，由于動(dòng)量變小，故波長(zhǎng)應(yīng)變長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)，由于動(dòng)量變小，故波長(zhǎng)應(yīng)變長(zhǎng)針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練在在康普頓效應(yīng)中，光子與電子發(fā)生碰撞后，關(guān)于康普頓效應(yīng)中，光子與電子發(fā)生碰撞后，關(guān)于散射光子的波長(zhǎng)，下列說法正確的是散射光子的波長(zhǎng)，下列說法正確的是()A一定變長(zhǎng)一定變長(zhǎng)B一定變短一定變短C可能變長(zhǎng)，也可能變短可能變長(zhǎng)，也可

8、能變短D決定于電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定于電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)答案答案A解析解析因?yàn)楣庾尤肷涞哪芰亢艽?，比電子的能量要大得多，因?yàn)楣庾尤肷涞哪芰亢艽螅入娮拥哪芰恳蟮枚?，碰撞時(shí)，動(dòng)量和能量都守恒，碰后一定是電子的動(dòng)能增加，碰撞時(shí)，動(dòng)量和能量都守恒，碰后一定是電子的動(dòng)能增加，光子的能量減少，所以散射光子的波長(zhǎng)一定變長(zhǎng)，選項(xiàng)光子的能量減少，所以散射光子的波長(zhǎng)一定變長(zhǎng)，選項(xiàng)A正確正確二、對(duì)光的波粒二象性的理解二、對(duì)光的波粒二象性的理解實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)基礎(chǔ)表現(xiàn)表現(xiàn)說明說明光的光的波波動(dòng)性動(dòng)性干涉和干涉和衍射衍射光是一種概率波，即光子在光是一種概率波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概概率率)

9、可用波動(dòng)規(guī)律來描述可用波動(dòng)規(guī)律來描述頻率較低的光在傳播時(shí)，表頻率較低的光在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)現(xiàn)出波的性質(zhì).光的波動(dòng)性是光光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，子本身的一種屬性，不是光子之間相互不是光子之間相互作用產(chǎn)生的作用產(chǎn)生的光的波動(dòng)性不同光的波動(dòng)性不同于宏觀觀念的波于宏觀觀念的波光的光的粒粒子性子性光電效光電效應(yīng)、康應(yīng)、康普頓效普頓效應(yīng)應(yīng)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是種作用是“一份一份一份一份”進(jìn)行的，進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子性表現(xiàn)出粒子性少量或個(gè)別光子清楚地顯示少量或個(gè)別光子清楚地顯示出光的粒子性出光的粒子性.粒子的含義是粒子的含義是“不連續(xù)不連續(xù)”、“一一份一份份一份

10、”的的光子不同于宏觀光子不同于宏觀觀念的粒子觀念的粒子【例【例2】(多選多選)關(guān)關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是于光的波粒二象性的理解正確的是()A大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性往往表現(xiàn)出粒子性B光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子C高頻光是粒子，低頻光是波高頻光是粒子，低頻光是波D波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著有時(shí)它的粒子性顯著答案答案AD解析解析光的波粒二象性指光有時(shí)候表現(xiàn)出的粒

11、子性較明顯，光的波粒二象性指光有時(shí)候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時(shí)候表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯，有時(shí)候表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯，D正確；大量光子的效果往正確；大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，往表現(xiàn)出波動(dòng)性，A正確；光在傳播時(shí)波動(dòng)性顯著，光與物正確；光在傳播時(shí)波動(dòng)性顯著，光與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著，質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著，B錯(cuò)誤；頻率高的光粒子性顯著，錯(cuò)誤；頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動(dòng)性顯著，頻率低的光波動(dòng)性顯著，C錯(cuò)誤錯(cuò)誤三、對(duì)光是概率波的理解三、對(duì)光是概率波的理解1單單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)的偶然性：我們可以知道粒子落在某點(diǎn)的個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)的偶然性：我們可以知道粒子落在某點(diǎn)的概率，但不能預(yù)言粒子落在什么位置，即

12、粒子到達(dá)什么概率，但不能預(yù)言粒子落在什么位置，即粒子到達(dá)什么位置是隨機(jī)的，是預(yù)先不能確定的位置是隨機(jī)的，是預(yù)先不能確定的2大量粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律：光在傳播過程中，光子在空大量粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律：光在傳播過程中，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動(dòng)規(guī)律確定，所以光波是一種間出現(xiàn)的概率可以通過波動(dòng)規(guī)律確定，所以光波是一種概率波概率波【例例3】(多選多選)在在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過單縫，以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過單縫，那么該光子那么該光子 ()A一定落在中央亮紋處一定落在中央亮紋處B一定落在亮紋處一定落在亮紋處C可能落在暗紋處可能落在暗紋處D落在中央亮紋處的可能性最大落在中央亮紋處的可能性最大答案答案CD解析解析根據(jù)光波是概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過單縫落在根據(jù)光波是概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處當(dāng)然何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故的概率很小，故C、D選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確.