康普顿效应 波粒二象性

康普顿效应波粒二象性―、基本知识点1\康普顿效应\光的散射：光在介质中与物质微粒发生相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。\康普顿效应美国物理学家康普顿在研究X射线通过金属、石墨等物质的散射时，发现在散射的X射线中，除了有与入射波长九相同的成分外，还有波长大于九的成00分。人们把这种波长变长的现象叫做康普顿效应。经典电磁理论的困难：散射前后光的频率不变，因而散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应出现九〉九的散射光。0、光子说成功解释了康普顿效应爱因斯坦的光子说：光子不仅具有能量E二hv，还具有动量P二爪=hc九康普顿认为：散射后X射线波长改变，是X射线光子和物质中电子碰撞的结果。由于光子的速度是光速，非常大，而物质中的电子速度相对很小，因此可以看作电子静止。碰撞前后动量和能量都守恒。碰撞后电子动能和动量都增加，光子的动量和能量减小，故散射后光子的频率要减小，光的波长变长。康普顿效应进一步揭示了光的粒子性(动量)2、光的波粒二象性、光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性。光既有波动性又有粒子性，我们把这种性质叫光的波粒二象性。\光波是一种概率波光子在空间各点出现的概率，可以用波动规律来描述。如单个光子通过双缝后的落点无法预测，但光子遵循的分布规律可预测，(通过双缝后)产生干涉条纹，亮条纹处光子到达的机会大，暗条纹处光子到达的机会小。(3)\光的波粒二象性的理解项目内容说明光的粒子性当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质粒子的含义是“不连续”“一份一份”的光的粒子性中“粒子”是不同于宏观观念的粒子的光的波动性足够能量的光在传播时，表现出波的性质光是一种概率波，即光子在空间各点出现的概率可用波动规律来描述光的波动性是光本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的。光的波动性不同于宏观概念的波。波动性和粒子性的对立'统一宏观世界：波和粒子是相互对立的概念微观世界：波和粒子是统一的光子说并未否定波定性，E=hq九中，c和九就是波动的概念3、 物质波(德布罗意波)(1)、德布罗意假设与物质波德布罗意假设：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，这种波叫物质波，也称为德布罗意波。公式：kP(2)、物质波的实验验证1927年美国物理学家戴维孙和英国物理学家汤姆生分别获得了电子束在晶体上的衍射图样，从而证实了实物粒子----电子的波动性除了电子之外，后来还陆续证明了质子、中子以及原子、分子的波动性。、物质波是概率波电子和其他微观粒子，同光子一样，具有波粒二象性，所以与它们联系的物质波也是概率波。4、 不确定关系、在经典力学中，一个质子的位置和动量是可以同时精确测定的，而在量子理论中，要同时准确地测出微观粒子的位置和动量是不可能的，也就是说不能同时用位置和动量来描述微观粒子的运动。我们把这种关系叫做不确定关系。、海森伯的不确定关系对于微观粒子的运动，如果以Ax表示位置的不确定，以Ap表示粒子在x方h向上的动量的不确定量，那么Ax-Ap>一。4兀海森伯的不确定关系是量子力学的一条基本原理，是物质波粒二象性的生动体现。它表明：在对粒子位置和动量进行测量时，精确度存在一个基本极限，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量。二、经典例题例1、对光的认识，以下说法正确的是( )A、 个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B、 光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用而引起的C、 光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D、 光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显例2、在单缝衍射实验中，中央亮条纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )A、一定落在中央亮条纹处 B、一定落在亮条纹处C、可能落在暗条纹处 D、落在中央亮条纹处的可能性最大例3、光具有波粒二象性，光子的能量E二hv，光子动量p与光波波长九的关系hp=p。若某激光管以P二60W的功率发射波长九二663nm的光束，试根据上述入 W理论计算：（1） 、该激光管在1s内发射出多少个光子？（2） 、若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到的光束对它的作用力F为多大？例4、科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n，光子平均波长为九，太阳帆面积为S，反射率100%,设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m，求飞船加速度的h表达式。（光子动量p二h）若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？九例5、关于物质波，下列认识错误的是（ ）A、 任何运动的物体（质点）都伴随一种波，这种波叫物质波B、 X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C、 电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D、 宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象例6、质量为10g，速度为300ms在空中飞行的子弹,其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法探测出其波动性？如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能够看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？三、训练题训练11、有关光的本性的说法正确的是（ ）A、 关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”惠更斯提出了“波动说”爱因斯坦提出了“光子说”它们都圆满地说明了光的本性B、 光具有波粒二象性是指：光既可以看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C、 光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D、 在光的双缝干涉实验中，光通过双缝时显示波动性，光只通过一个缝时显示粒子性2、 下列有关光的说法正确的是（ ）A、 光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子B、 大量光子易表现出波定性，少量光子易表现出粒子性C、 光有时是波，有时是粒子D、 康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量3、下列说法不正确的是（ ）A、 光是一种电磁波B、 光是一种概率波C、 光是相当于告诉运动的质点D、 光的直线传播只是宏观近似规律4、 关于光的波动性和粒子性，以下说法正确的是（ ）A、 爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B、 光电效应现象说明了光的粒子性C、 光波不同于机械波，它是一种概率波D、 光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一5、关于光的波粒二象性，正确的说法是（ ）A、 光的频率越高，光子的能量越大，粒子性愈显著B、 光的波长愈长，光子的能量愈小，波动性愈明显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6、 物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照片底片,若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现了规则的干涉条纹。对这个实验结果有下列认识，其中正确的是（）A、 曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子B、 单个光子的运动没有确定的轨道C、 干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D、 只有大量光子的行为才表现出波动性、E、 光的波动性不是光子之间的相互作用引起的

7、光子有能量，也有动量，动量p=h/九，也遵守有关动量的规律■如图所示，真空中有一“8”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO'在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片，右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片■当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于此装置开始时转动情况（俯视）的下列说法中正确的是（ ）IA■顺时针方向转动IB■逆时针方向转动C■都有可能D■不会转动8、下列说法正确的是（ ）A、 光的干涉和衍射现象说明光具有波动性B、 光的频率越大，波长越大C、 光的波长越大，光子的能量越大D、光在真空中传播的速度为3.0x108ms9、 下列说法正确的是（）A、 光波是一种概率波B、 光波是一种电磁波C、 单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量不变D、 单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变10、 在下列各选项的两个现象中都表现出光具有波动性的是（）A、 光的折射现象，色散现象B、 光的反射现象、干涉现象C、 光的衍射现象、偏振现象D、 光的直线传播现象、光电效应现象11、 人类对光的本性的认识经历了曲折的过程，下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是（ ）A■牛顿的“微波说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B■光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C■麦克斯韦预言了D■光具有波粒二象性12、 现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是（）-定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B■肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的质量为10-3kg、速度为10-2m/s的小球，其德布罗意波长约为10-28m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同训练21、 以下说法正确的是（ ）A、 物体都具有波动性B、 抖动绳子一端，绳上的波就是物质波C、 通常情况下，质子的波长比电子的波长长D、 核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道2、 经150V电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏幕上,则（）A、 所有电子的运动轨迹均相同B、 所有电子到达屏上的位置坐标均相同C、 电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定D、 电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置3、 关于物质波的认识，正确的是（ ）、电子的衍射证实了物质波的假设是正确的、物质波也是一种概率波、任一物体都有一种波和它对应，这就是物质波、物质波就是光波TOC\o"1-5"\h\zA、①② B、②③C、①④ D、①③4、 如图是一个粒子源，产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光，那么在荧光屏上将看到（）A、 只有两条亮纹 耀*B、 有多条明暗相同的亮纹 二］—陆C、 /^^有亮 …"y”D、 只有一条亮纹5、电子的运动受波动性的支配，对氢原子的核外电子，下列说法正确的是（ ）A、 电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的B、 电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置C、 电子绕核运动时电子边运动边振动D、 电子在核外的位置是不确定的6、 光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定关系的观点加以解释，正确的是（ ）A、 单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量心大，动量不确定量Ap小，可以忽略B、 当可能发生衍射现象时，动量不确定量Ap就不能忽略C、 单缝越窄，中央亮条纹越宽，是因为位置不确定量越小，动量不确定量越大的缘故D、 以上解释都是不对的7、质量为60kg的运动员，百米赛跑的成绩为10s，试估算运动员的德布罗意波波长。8、 电子的质量m二9.0x10-31kg，测定其速度的不确定量为2x10-6ms，求其位e •h置测定的不确定量。（一二5.3x10-35J•s4兀9、 中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近。已知中子质量m=1.67x10-27kg，可以估算德布罗意波波长X=1.82x10-10m的热中子动能的数量级为（ ）A、10-17J B、10-19J C、10-21J D、10-24J2nSh答案：例1、ABD例2、CD例3、n=2.0x1