人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案：2 第2课时 康普顿效应 光的波粒二象性

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1第2课时康普顿效应光的波粒二象性〖学习目标〗1.了解康普顿效应及其意义.2.了解光的波粒二象性．一、康普顿效应和光子的动量1．康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．2．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子不仅具有能量而且具有动量．3．光子的动量(1)表达式：p＝eq\f(h,λ).(2)说明：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，光子的动量可能变小．因此，有些光子散射后波长变大．二、光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．判断下列说法的正误．(1)光子的动量与波长成反比．(√)(2)光子发生散射后，其波长变大．(√)(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．(√)(4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．(×)一、康普顿效应和光子的动量1．康普顿效应的解释假定光子与电子发生弹性碰撞，按照爱因斯坦的光子说，一个光子不仅具有能量ε＝hν，而且还有动量．如图1所示，这个光子与静止的电子发生弹性碰撞，光子把部分动量转移给了电子，动量由eq\f(h,λ)减小为eq\f(h,λ′)，因此p减小，波长增大．图12．康普顿效应的意义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．(2020·全国高三课时练习)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变．下列说法正确的是()A．当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大B．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量C．X光散射后与散射前相比，速度变小D．散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变〖答案〗B〖解析〗在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，则光子动量减小，但速度仍为光速c，根据p＝eq\f(hν,c)，知光子频率减小，康普顿效应说明光不但具有能量而且具有动量，揭示了光的粒子性，故A、C、D错误，B正确．科学研究证明，光子既有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中()A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′〖答案〗C〖解析〗能量守恒定律和动量守恒定律是自然界的普遍规律，既适用于宏观世界也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律，光子与电子碰撞前光子的动量p＝eq\f(h,λ)，当光子与电子碰撞时，光子的一些动量转移给了电子，光子的动量p′＝eq\f(h,λ′)，又由p＞p′，可知λ<λ′，选项C正确．〖提*示〗光子不仅具有能量ε＝hν，而且还具有动量，光子与物质中的微粒碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律．二、光的波粒二象性1．光的波动性实验基础：光的干涉和衍射．2．光的粒子性(1)实验基础：光电效应、康普顿效应．(2)表现：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少量或个别光子容易显示出光的粒子性．(3)说明：①粒子的含义是“不连续”“一份一份”的；②光子不同于宏观观念的粒子．(多选)关于光的粒子性、波动性和波粒二象性，下列说法正确的是()A．光子说的确立完全否定了波动说B．光电效应说明光具有波动性C．光的波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象D．光的波粒二象性才是对光的本性的正确认识〖答案〗CD〖解析〗光子说的确立，没有完全否定波动说，使人们对光的本性认识更完善，光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象性，故A错误，D正确；光电效应说明光具有粒子性，故B错误；波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象，故C正确．(多选)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．康普顿效应表明光具有粒子性〖答案〗CD〖解析〗一切光都具有波粒二象性，光的有些现象(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些现象(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，A错误．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的一种粒子，B错误．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确．康普顿效应表明光具有粒子性，D正确．1．(康普顿效应)白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比()A．频率变大B．速度变小C．光子能量变大D．波长变长〖答案〗D〖解析〗光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，自由电子被碰前静止，被碰后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，但速度仍为光速，由ε＝hν知，频率变小，则波长变长，故选项D正确．2．(光的波粒二象性)关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是()A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B．光的频率越高，粒子性越明显C．能量越大的光子其波动性越显著D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下的光的波动性表现明显〖答案〗C〖解析〗波粒二象性指光有时表现出的粒子性明显，有时表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下，光的波动性表现明显，A、D说法正确；光的频率越高，能量越大，粒子性相对波动性越明显，B说法正确，C说法错误．3．(光的波粒二象性)(2019·拉萨那曲第二高级中学高二期末)下列关于光的本性的说法中正确的是()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”，综合他们的说法圆满地说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指既可以把光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．频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动性特征显著〖答案〗C〖解析〗牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，是宏观意义的粒子，而不是微观概念上的粒子，实际上是不科学的；惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，说明光既具有粒子