高中物理 2.3 康普頓效應(yīng)及其解釋課件 粵教版選修3-5.ppt

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,,,高中物理·選修3-5·粵教版,第三節(jié) 康普頓效應(yīng)及其解釋,[目標(biāo)定位] 1.了解康普頓效應(yīng)及其意義．了解光子理論對(duì)康 普頓效應(yīng)的理解.2.知道光的波粒二象性，知道波和粒子的對(duì) 立統(tǒng)一的關(guān)系.3.了解什么是概率波，知道光也是一種概率波．,一、康普頓效應(yīng)及其解釋 1．康普頓效應(yīng) (1)光的散射：光在介質(zhì)中與物體微粒的相互作用，使光的傳播方向__________的光現(xiàn)象． (2)康普頓效應(yīng)：在光的散射中，部分散射光的波長(zhǎng)____，波長(zhǎng)的改變與散射角有關(guān)． (3)光子的能量為ε＝____，光子的動(dòng)量為p＝_____．,發(fā)生改變,變長(zhǎng),hν,2．康普頓對(duì)散射光波長(zhǎng)變化的解釋 (1)散射光波長(zhǎng)的變化，是入射光子與物質(zhì)中的_____發(fā)生碰撞的結(jié)果． (2)物質(zhì)中電子的動(dòng)能比________________小很多，電子可以看做是靜止的． (3)光子與電子作用過(guò)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，光子的能量和動(dòng)量均_____了，這樣，散射光的____也就變長(zhǎng)了． 3．康普頓效應(yīng)的意義：康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有動(dòng)量，深入揭示了光的______性的一面．,電子,入射光子的能量,守恒,減小,波長(zhǎng),粒子,二、光的波粒二象性 1．光的波粒二象性的本質(zhì) (1)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖2－3、4－1所示． 圖2－3、4－1 (2)實(shí)驗(yàn)要求：降低光源S的強(qiáng)度，直到入射光減弱到?jīng)]有兩個(gè)光子同時(shí)存在的程度．,(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果： ①短時(shí)間，感光片上呈現(xiàn)雜亂分布的_____． ②較長(zhǎng)時(shí)間，感光片上呈現(xiàn)模糊的______． ③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，光具有波粒二象性．,亮點(diǎn),亮紋,干涉圖樣,2．概率波 (1)對(duì)干涉實(shí)驗(yàn)中明暗條紋的解釋 每個(gè)光子按照一定的概率落在感光片的某一點(diǎn)，概率大的地方落下的光子多，形成______，概率小的地方落下的光子少，形成______． (2)光波是一種________，干涉條紋是光子在感光片上各點(diǎn)概率分布的反映.,亮紋,暗紋,概率波,一、康普頓效應(yīng) 1．實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1918年～1922年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線(xiàn)的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射的X射線(xiàn)中，除有與入射線(xiàn)波長(zhǎng)相同的射線(xiàn)外，還有波長(zhǎng)比入射線(xiàn)波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線(xiàn)．人們把這種波長(zhǎng)變化的現(xiàn)象叫做康普頓效應(yīng)．,2．光子說(shuō)對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋 假定X射線(xiàn)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(ài)因斯坦的光子說(shuō)，一個(gè)X射線(xiàn)光子不僅具有能量ε＝hν，而且還有動(dòng)量．如圖2－3、4－2所示．這個(gè)光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子，能量由hν減小為hν′，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．這樣就圓滿(mǎn)地解釋了康普頓效應(yīng)．,圖2－3、4－2 【例1】 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2－3、4－3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________運(yùn)動(dòng)，并且波長(zhǎng)________(選填“不變”、“變短”或“變長(zhǎng)”)．,圖2－3、4－3 答案 1 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)．,針對(duì)訓(xùn)練1 (單選)在康普頓效應(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(shuō)法正確的是 ( ) A．一定變長(zhǎng) B．一定變短 C．可能變長(zhǎng)，也可能變短 D．決定于電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 答案 A 解析 因?yàn)楣庾尤肷涞哪芰亢艽?，比電子的能量要大得多，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)A正確．,二、對(duì)光的波粒二象性的理解,【例2】 (雙選)(2014·伊犁哈薩克高二檢測(cè))關(guān)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 往往表現(xiàn)出波動(dòng)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 答案 AD,解析 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，D正確；大量光子的效果往往表現(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，頻率低的光波動(dòng)性顯著，C錯(cuò)誤．,針對(duì)訓(xùn)練2 (單選)有關(guān)光的本性，下列說(shuō)法正確的是 ( ) A．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對(duì) 立的 B．光的波動(dòng)性類(lèi)似于機(jī)械波，光的粒子性類(lèi)似于質(zhì)點(diǎn) C．大量光子才具有波動(dòng)性，個(gè)別光子只具有粒子性 D．由于光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，無(wú)法只用其中 一種去說(shuō)明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象 性 答案 D,解析 19世紀(jì)初，人們成功地在實(shí)驗(yàn)中觀(guān)察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象，這屬于波的特征，微粒說(shuō)無(wú)法解釋?zhuān)搅?9世紀(jì)末又發(fā)現(xiàn)了光的新現(xiàn)象—光電效應(yīng)，這種現(xiàn)象波動(dòng)說(shuō)不能解釋?zhuān)C實(shí)光具有粒子性．因此，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，但不同于宏觀(guān)的機(jī)械波和質(zhì)點(diǎn)．波動(dòng)性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，是同一客觀(guān)事物的兩個(gè)不同側(cè)面、不同屬性，我們無(wú)法用其中一種去說(shuō)明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性．故選項(xiàng)D正確．,三、對(duì)光是概率波的理解 1．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． 2．大量粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律：光在傳播過(guò)程中，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)規(guī)律確定，所以光波是一種概率波．,【例3】 (雙選)在單縫衍射實(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95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過(guò)單縫，那么該光子 ( ) A．一定落在中央亮紋處 B．一定落在亮紋處 C．可能落在暗紋處 D．落在中央亮紋處的可能性最大 答案 CD 解析 根據(jù)光波是概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過(guò)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)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過(guò)，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項(xiàng)正確.,