2017 2018高中创新设计物理粤教版选修3 5课件2 3

1、第三节第三节 康普顿效应及其解释康普顿效应及其解释 第四节第四节 光的波粒二象性光的波粒二象性 目标定位目标定位 1. 了解康普顿效应及其意义解康普顿效应及其意义.2.知道光的波粒二知道光的波粒二象性并会分析有关现象象性并会分析有关现象.3.了解什么是概率波，知道光也是一了解什么是概率波，知道光也是一种概率波种概率波 一、康普顿效应及其解释一、康普顿效应及其解释 1康普顿效应康普顿效应 (1)用用X射线照射物体时，一部分散射出来的射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会射线的波长会 变长变长 ，这个现象后来称为康普顿效应，这个现象后来称为康普顿效应 h(2)光子的能量为光子的能量为 h

2、，光子的动量为，光子的动量为 p . 2康普顿对散射光波长变化的解释康普顿对散射光波长变化的解释 电子电子 发生碰撞发生碰撞 (1) 散射光波长的变化，是入射光子与物质中的射光波长的变化，是入射光子与物质中的 的结果的结果 入射光子的能量入射光子的能量 小很多，电子可以看小很多，电子可以看 (2)物质中电子的动能比物质中电子的动能比 做是静止的做是静止的 守恒守恒 (3)光子与电子作用过程中，总能量、总动量均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，光子光子因与电子相碰，有一部分能量和动量给了电子，光子波长波长 也就变长了也就变长了 减小减小

3、了，这样，散射光的了，这样，散射光的 的能量和动量均的能量和动量均 3康普顿效应的意义康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭粒子粒子 性的一面性的一面 示了光的示了光的 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质光的波粒二象性的本质 (1) 双缝干涉实验装置如图1 所示 图1 (2)实验要求：降低光源实验要求：降低光源 S的强度，直到入射光减弱到没有两的强度，直到入射光减弱到没有两个光子同时存在的程度个光子同时存在的程度 (3)实验结果：实验结果： 亮点亮点 短时间，感光片上呈现杂乱分布的短

4、时间，感光片上呈现杂乱分布的 亮纹亮纹 较长时间，感光片上呈现模糊的较长时间，感光片上呈现模糊的 干涉图样干涉图样 长时间，感光片上形成清晰的长时间，感光片上形成清晰的 (4)实验结论：光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象实验结论：光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象性性 2概率波概率波 (1) 对干涉实验中明暗条纹的解释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的某一点，概率大每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点，概率大亮纹亮纹 ；概率小的地方落下的；概率小的地方落下的的地方落下的光子多，形成的地方落下的光子多，形成 暗纹暗纹 光子少，形成光子少，形成 概率波概率

5、波 ，干涉条纹是光子在感光片上各，干涉条纹是光子在感光片上各(2)光波是一种光波是一种 点概率分布的反映点概率分布的反映 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题问题1 问题问题2 问题问题3 一、康普顿效应一、康普顿效应 1实验结果实验结果 1918年1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应 2光子说对康普顿效应的解释光子说对康普顿效应的解释 假定定X射线光子与电子发生弹性碰撞，这种碰撞跟台球比射线光

6、子与电子发生弹性碰撞，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射线光子不仅具有能量h，而且还有动量如图，而且还有动量如图2所所示这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把部分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，能量由能量转移给了电子，能量由h减小为减小为h，因此频率减小，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这样波长增大同时，光子还使电子获得一定的动量这样就圆满地解释了康普顿效应就圆满地解释了康普顿效应 图图2 【例【例1】 康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有

7、动量，普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图如图3给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向则碰撞后光子可能沿方向_运动，并且波长运动，并且波长_(选填选填“不变不变”、“变短变短”或或“变长变长”) 图图3 答案答案 1 变长长 解析解析 根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿方向，所以碰后光子可能沿1方向方向运动，由于动量变小，故波长应变长运动，由于动量变小，故波长应变长 针对训练针对训练 在

8、康普顿效应中，光子与电子发生碰撞后，关于康普顿效应中，光子与电子发生碰撞后，关于散射光子的波长，下列说法正确的是散射光子的波长，下列说法正确的是 A一定变长一定变长 B一定变短一定变短 C可能变长，也可能变短可能变长，也可能变短 ( ) D决定于电子的运动状态决定于电子的运动状态 答案答案 A 解析解析 因为光子入射的能量很大，比电子的能量要大得多，因为光子入射的能量很大，比电子的能量要大得多，碰撞时，动量和能量都守恒，碰后一定是电子的动能增加，碰撞时，动量和能量都守恒，碰后一定是电子的动能增加，光子的能量减少，所以散射光子的波长一定变长，选项光子的能量减少，所以散射光子的波长一定变长，选项A

9、正确正确 二、对光的波粒二象性的理解二、对光的波粒二象性的理解 实验实验 基础基础 表现表现 说明说明 光是一种概率波，即光子在光是一种概率波，即光子在光的光的空间各点出现的可能性大小空间各点出现的可能性大小(概概干涉和干涉和 波波 率率)可用波动规律来描述可用波动规律来描述 衍射衍射 动性动性 频率较低的光在传播时，表频率较低的光在传播时，表现出波的性质现出波的性质. 光的波动性是光光的波动性是光子本身的一种属性，子本身的一种属性，不是光子之间相互不是光子之间相互作用产生的作用产生的 光的波动性不同光的波动性不同于宏观观念的波于宏观观念的波 粒子的含义是粒子的含义是“不连续不连续”、“一一份

10、一份份一份”的的 光子不同于宏观光子不同于宏观观念的粒子观念的粒子 当光同物质发生作用时，这当光同物质发生作用时，这光电效光电效 光的光的种作用是种作用是“一份一份一份一份”进行的，进行的，应、康应、康 粒粒 表现出粒子性表现出粒子性 普顿效普顿效子性子性 少量或个别光子清楚地显示少量或个别光子清楚地显示应应 出光的粒子性出光的粒子性. 光子说并未否定波光子说并未否定波波动性波动性 和粒子和粒子 性的对性的对 立、统一立、统一 hc大量光子易显示波动性，而少大量光子易显示波动性，而少动性，动性，h中，中，量光子易显示出粒子性量光子易显示出粒子性 和和就是波的概念就是波的概念 波长长波长长(频率

11、低频率低)的光波动性强，的光波动性强，波和粒子在宏观世波和粒子在宏观世而波长短而波长短(频率高频率高)的光粒子性强的光粒子性强. 界是不能统一的，界是不能统一的， 而在而在微观世界却是统一的微观世界却是统一的. 【例【例2】 (多选多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是于光的波粒二象性的理解正确的是( ) A大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为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往往表现出粒子性 B光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C高频光是粒子，低频光是波高频光是粒子，低频光是波 D波粒二象性是光

12、的根本属性，有时它的波动性显著，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有时它的粒子性显著 答案答案 AD 解析解析 光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，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，有时候表现出的波动性较明显，D正确；大量光子的效果往正确；大量光子的效果往往表现出波动性，往表现出波动性，A正确；光在传播时波动性显著，光与物正确；光在传播时波动性显著，光与物 质相互作用时粒子性显著，质相互作用时粒子性显著，B错误；频率高的光粒子性显著，错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，频率低的光波动性显著，C错误错误

13、 借题发挥借题发挥 解答此类问题的关键是要理解以下知识要点：解答此类问题的关键是要理解以下知识要点： (1)光是一种波，同时也是一种粒子，也就是说光具有波粒二象性；光是一种波，同时也是一种粒子，也就是说光具有波粒二象性； (2)光的波动性在光的传播过程中体现出来，具有一定的波长和频光的波动性在光的传播过程中体现出来，具有一定的波长和频率，能够发生干涉和衍射现象；率，能够发生干涉和衍射现象； (3)光的粒子性在它与物质的相互作用时体现出来，光的粒子性在它与物质的相互作用时体现出来， 光子具有一定的光子具有一定的h能量能量(h )和动量和动量(p) 三、对光是概率波的理解三、对光是概率波的理解 1

14、单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么 位置是随机的，是预先不能确定的位置是随机的，是预先不能确定的 2大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波概率波 【例例3】 (多选多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子那么该光子 ( ) A一定落在中央亮纹处一定落在中央亮纹处 B一定落在亮纹处一定落在亮纹处 C可能落在暗纹处可能落