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

,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 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_，波長的改變與散射角有關(guān) (3)光子的能量為_，光子的動量為p_,發(fā)生改變,變長,h,2康普頓對散射光波長變化的解釋 (1)散射光波長的變化，是入射光子與物質(zhì)中的_發(fā)生碰撞的結(jié)果 (2)物質(zhì)中電子的動能比_小很多，電子可以看做是靜止的 (3)光子與電子作用過程中，總能量、總動量均_ (4)光子因與電子相碰，有一部分能量和動量給了電子，光子的能量和動量均_了，這樣，散射光的_也就變長了 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,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23、41所示 圖23、41 (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)]有兩個光子同時存在的程度,(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 短時間，感光片上呈現(xiàn)雜亂分布的_ 較長時間，感光片上呈現(xiàn)模糊的_ 長時間，感光片上形成清晰的_ (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光既有波動性，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)對干涉實(shí)驗(yàn)中明暗條紋的解釋 每個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，美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)散射的X射線中，除有與入射線波長相同的射線外，還有波長比入射線波長更長的射線人們把這種波長變化的現(xiàn)象叫做康普頓效應(yīng),2光子說對康普頓效應(yīng)的解釋 假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞，這種碰撞跟臺球比賽中的兩球碰撞很相似按照愛因斯坦的光子說，一個X射線光子不僅具有能量h，而且還有動量如圖23、42所示這個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h減小為h，因此頻率減小，波長增大同時，光子還使電子獲得一定的動量這樣就圓滿地解釋了康普頓效應(yīng),圖23、42 【例1】 康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動量，如圖23、43給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動方向，則碰撞后光子可能沿方向_運(yùn)動，并且波長_(選填“不變”、“變短”或“變長”),圖23、43 答案 1 變長 解析 根據(jù)動量守恒定律知，光子與靜止電子碰撞前后動量守恒，相碰后合動量應(yīng)沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向運(yùn)動，由于動量變小，故波長應(yīng)變長,針對訓(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，下列說法正確的是 ( ) A一定變長 B一定變短 C可能變長，也可能變短 D決定于電子的運(yùn)動狀態(tài) 答案 A 解析 因?yàn)楣庾尤肷涞哪芰亢艽螅入娮拥哪芰恳蟮枚?，碰撞時，動量和能量都守恒，碰后一定是電子的動能增加，光子的能量減少，所以散射光子的波長一定變長，選項(xiàng)A正確,二、對光的波粒二象性的理解,【例2】 (雙選)(2014·伊犁哈薩克高二檢測)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)出波動性，個別光子的行為 往往表現(xiàn)出波動性 B光在傳播時是波，而與物質(zhì)相互作用時就轉(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，有時它的波動性顯著， 有時它的粒子性顯著 答案 AD,解析 光的波粒二象性指光有時候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時候表現(xiàn)出的波動性較明顯，D正確；大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動性，A正確；光在傳播時波動性顯著，光與物質(zhì)相互作用時粒子性顯著，B錯誤；頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動性顯著，C錯誤,針對訓(xùn)練2 (單選)有關(guān)光的本性，下列說法正確的是 ( ) A光既具有波動性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對 立的 B光的波動性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn) C大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性 D由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中 一種去說明光的一切行為，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)中觀察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象，這屬于波的特征，微粒說無法解釋但到了19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)象波動說不能解釋，證實(shí)光具有粒子性因此，光既具有波動性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機(jī)械波和質(zhì)點(diǎn)波動性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，是同一客觀事物的兩個不同側(cè)面、不同屬性，我們無法用其中一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性故選項(xiàng)D正確,三、對光是概率波的理解 1單個粒子運(yùn)動的偶然性：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)動的統(tǒng)計規(guī)律：光在傳播過程中，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動規(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光強(qiáng)的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，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，對于一個光子通過單縫落在何處，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，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項(xiàng)正確.,