2019-2020年高中物理 第2章 第3、4節(jié) 康普頓效應(yīng)及其解釋 光的波粒二象性學(xué)案 粵教版選修3-5.doc

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2019-2020年高中物理 第2章 第3、4節(jié) 康普頓效應(yīng)及其解釋 光的波粒二象性學(xué)案 粵教版選修3-5 1．用X射線照射物體時(shí)，一部分散射出來(lái)的X射線的波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為康普頓效應(yīng)． 2．按照經(jīng)典電磁理論，散射前后光的頻率不變，因而散射光的波長(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)相等，不應(yīng)該出現(xiàn)波長(zhǎng)變長(zhǎng)的散射光． 3．光子不僅具有能量，其表達(dá)式為ε＝hν，還具有動(dòng)量，其表達(dá)式為p＝. 4．光的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)表明，光是一種電磁波，具有波動(dòng)性；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)則表明，光在與物體相互作用時(shí)，必須看成是一顆顆光子的形式出現(xiàn)的，具有粒子性． 5．雙縫干涉中每次穿過(guò)雙縫的只有一個(gè)光子，它不可能跟其他光子產(chǎn)生干涉．但光的干涉還是發(fā)生了．可見(jiàn)，波動(dòng)性是每一個(gè)光子的屬性．光既有粒子性，又有波動(dòng)性，單獨(dú)使用波或粒子都無(wú)法完整地描述光的所有性質(zhì)． 6．光既有波動(dòng)性，又有粒子性，我們把光的這種性質(zhì)叫做光的波粒二象性． 7．干涉條紋是光子在感光片上各點(diǎn)的概率分布的反映．這種概率分布就好像波的強(qiáng)度的分布，稱(chēng)光波是一種概率波． 1．人類(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了曲折的過(guò)程．下列關(guān)于光的本性的陳述不符合科學(xué)規(guī)律或歷史事實(shí)的是(A) A．牛頓的“ 微粒說(shuō)” 與愛(ài)因斯坦的“ 光子說(shuō)” 本質(zhì)上是一樣的 B．光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)顯示了光具有波動(dòng)性 C．麥克斯韋預(yù)言了光是一種電磁波 D．光具有波粒二象性 解析：牛頓的“微粒說(shuō)”認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒，愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量，顯然A錯(cuò)；干涉、衍射是波的特性，光能發(fā)生干涉說(shuō)明光具有波動(dòng)性，B正確；麥克斯韋根據(jù)光的傳播不需要介質(zhì)，以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等認(rèn)為光是一種電磁波，后來(lái)赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁說(shuō)，C正確；光具有波動(dòng)性與粒子性，稱(chēng)為光的波粒二象性，D正確． 2．康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量，如圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰后光子可能沿方向________運(yùn)動(dòng)，并且波長(zhǎng)________(選填“ 不變” 、“ 變短” 或“ 變長(zhǎng)” )． 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)量守恒，相碰后合動(dòng)量應(yīng)沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向運(yùn)動(dòng)，由于動(dòng)量變小，故波長(zhǎng)應(yīng)變長(zhǎng)． 答案：1　變長(zhǎng) 3．(多選)下列有關(guān)光的說(shuō)法正確的是(BD) A．光電效應(yīng)表明在一定條件下，光子可以轉(zhuǎn)化為電子 B．大量光子易表現(xiàn)出波動(dòng)性，少量光子易表現(xiàn)粒子性 C．光有時(shí)是波，有時(shí)是粒子 D．康普頓效應(yīng)表明光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣也具有能量和動(dòng)量 4．下列實(shí)驗(yàn)中，能證實(shí)光具有粒子性的是(A) A．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn) B．光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn) C．光的圓孔衍射實(shí)驗(yàn) D．泊松亮斑實(shí)驗(yàn) 解析：光電效應(yīng)證明光具有粒子性，A正確．光的干涉和衍射可證明光具有波動(dòng)性．B、C、D錯(cuò)誤． 5．下列現(xiàn)象能說(shuō)明光具有波粒二象性的是(D) A．光的色散和光的干涉 B．光的干涉和光的衍射 C．光的反射和光電效應(yīng) D．泊松亮斑和光電效應(yīng) 解析：光的色散、光的反射可以從波動(dòng)性和粒子性兩方面分別予以理解，故A、C選項(xiàng)錯(cuò)誤．光的干涉、衍射現(xiàn)象只說(shuō)明光的波動(dòng)性，B選項(xiàng)錯(cuò)誤．泊松亮斑能說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，故D選項(xiàng)正確． 6．下列關(guān)于光的波粒二象性的理解，正確的是(D) A．大量的光子中有些光子表現(xiàn)出波動(dòng)性，有些光子表現(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 C．高頻光是粒子，低頻光是波 D．波粒二象性是光的屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著 解析：光的波粒二象性是光的屬性，不論其頻率的高低還是光在傳播或者是與物質(zhì)相互作用，光都具有波粒二象性，大量光子的行為易呈現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為易表現(xiàn)出粒子性，光的頻率越高，粒子性越強(qiáng)，光的頻率越低，波動(dòng)性越強(qiáng)，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確． 7．(多選)下列各種波是概率波的是(CD) A．聲波 B．無(wú)線電波 C．光波 D．物質(zhì)波 解析：聲波是機(jī)械波，A錯(cuò)．電磁波是一種能量波，B錯(cuò)．由概率波的概念和光波以及物質(zhì)波的特點(diǎn)分析可以得知光波和物質(zhì)波均為概率波，故C、D正確． 8．根據(jù)愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”可知(B) A．“光子說(shuō)”的本質(zhì)就是牛頓的“微粒說(shuō)” B．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光子的能量越小 C．一束單色光的能量可以連續(xù)變化 D．只有光子數(shù)很多時(shí)，光才具有粒子性 解析：愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”認(rèn)為光是一份一份的，是不連續(xù)的，它并不否定光的波動(dòng)性，而牛頓的“微粒說(shuō)”與波動(dòng)說(shuō)是對(duì)立的，因此A錯(cuò)誤．在愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”中光子的能量ε＝hν＝；可知波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光子的能量越小，因此B正確．某一單色光，波長(zhǎng)恒定，光子的能量也是恒定的，因此C錯(cuò)誤．大量光子表現(xiàn)為波動(dòng)性，而少數(shù)光子才表現(xiàn)為粒子性，因此D錯(cuò)誤． 9．在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)100個(gè)光子中有96個(gè)通過(guò)雙縫后打到了觀察屏上的b處，則b處是(A) A．亮紋 B．暗紋 C．既有可能是亮紋也有可能是暗紋 D．以上各種情況均有可能 解析：由光子按波的概率分布的特點(diǎn)去判斷，由于大部分光子都落在b點(diǎn)，故b處一定是亮紋，選項(xiàng)A正確． 10．在康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，X射線光子的動(dòng)量為，一個(gè)靜止的C原子吸收了一個(gè)X射線光子后將(B) A．仍然靜止 B．沿著光子原來(lái)運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng) C．沿光子運(yùn)動(dòng)的相反方向運(yùn)動(dòng) D．可能向任何方向運(yùn)動(dòng) 解析：由動(dòng)量守恒定律知，吸收了X射線光子的原子與光子原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向相同，故正確選項(xiàng)為B.