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1、3.光的波粒二象性学习目标1.知道什么是康普顿效应及康普顿散射实验原理(重点)2.理解光的波粒二象性，了解光是一种概率波一、康普顿效应1光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生偏转，这种现象叫光的散射蔚蓝的天空、殷红的晚霞是大气层对阳光散射形成的，夜晚探照灯或激光的光柱，是空气中微粒对光散射形成的2康普顿效应康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除原波长外，还发现了波长随散射角的增大而增大的谱线X射线经物质散射后波长变长的现象，称为康普顿效应3康普顿的理论当光子与电子相互作用时，既遵守能量守恒定律，又遵守动量守恒定律在碰撞中光子将能量h的一部分传递给了电子
2、，光子能量减少，波长变长4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，深入揭示了光的粒子性的一面，为光子说提供了又一例证二、光的波粒二象性光是一种概率波1光的波粒二象性(1)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性光的波动性是指光的运动形态具有各种波动的共同特征，如干涉、衍射和色散等都有波动的表现光的粒子性是指光与其他物质相互作用时所交换的能量和动量具有不连续性，如光电效应、康普顿效应等(2)光子的能量和动量能量：h.动量：p.(3)意义能量和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长和频率是描述物质的波动性的典型物理量因此h和p揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关
3、系2光是一种概率波光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小，所以光是一种概率波1正误判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量()(2)康普顿效应进一步说明光具有粒子性()(3)光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化()(4)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性()(5)光子数量越大，其粒子性越明显()(6)光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些()2(多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长0相同的成分外，还有波长大于0的成分，这个现象称为康普顿效应关于康普顿效应，以下说法
4、正确的是()A康普顿效应说明光子具动量B康普顿效应现象说明光具有波动性C康普顿效应现象说明光具有粒子性D当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加AC康普顿效应说明光具有粒子性，B项错误，A、C项正确；光子与晶体中的电子碰撞时满足动量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量转移给电子，光子的能量会减少，D项错误3关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是()A光的频率越高，衍射现象越容易看到B光的频率越高，粒子性越显著C大量光子产生的效果往往显示粒子性D光的波粒二象性否定了光的电磁说B光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的电磁说，只是说某些情况下粒子性明显，某些情况下波动性明显，故D错误光的频
5、率越高，波长越短，粒子性越明显，波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故B正确，A错误大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性，故C错误对康普顿效应的理解1实验现象X射线管发出波长为0的X射线，通过小孔投射到散射物石墨上X射线在石墨上被散射，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关2康普顿效应与经典物理理论的矛盾按照经典物理理论，入射光引起物质内部带电粒子的受迫振动，振动着的带电粒子从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光散射光的频率应该等于粒子受迫振动的频率(即入射光的频率)因此散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应该出现波长变长的散射光另外，经典物理理论无法解释
6、波长改变与散射角的关系3光子说对康普顿效应的解释假定X射线光子与电子发生弹性碰撞(1)光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长(2)因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长的改变与散射角有关4康普顿的散射理论进一步证实了爱因斯坦的光量子理论，也有力证明了光具有波粒二象性【例1】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量如图给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰后光子可能沿_方向运动，并且波长_(选填“不变”“变短”或“变长”)解析因光子与电子在碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致
7、，可见碰后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由h知，频率变小，再根据c知，波长变长答案1变长(1)动量守恒定律不但适用于宏观物体，也适用于微观粒子间的作用；(2)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1频率为的光子，具有的能量为h，动量为，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称为光子的散射，下列关于光子散射的说法正确的是()A光子改变原来的运动方向，且传播速度变小B光子改变原来的传播方向，但传播速度不变C光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大D由于受到电子碰撞，散射后
8、的光子波长小于入射光子的波长B碰撞后光子改变原来的运动方向，但传播速度不变，A错误，B正确；光子由于在与电子碰撞中损失能量，因而频率减小，即，再由c12，得到12，C、D错误对光的波粒二象性的理解1对光的认识的几种学说学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦公认实验依据光的直线传播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波速度光电效应、康普顿效应光既有波动现象，又有粒子特征内容要点光是一群弹性粒子光是一种机械波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁本性的物质，既有波动性，又有粒子性理论领域宏观世界宏观世界微观世界微观世界微观世
9、界2对光的波粒二象性的理解实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述(2)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质(3)波长长的光容易表现出波动性(1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的(2)光的波动性不同于宏观观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应(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)波长短的光，粒子性显著(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3光波是一种概率波在双缝干涉实验中，光子通过双缝后，对某
10、一个光子而言，不能肯定它落在哪一点，但屏上各处明暗条纹的不同亮度，说明光子落在各处的可能性即概率是不相同的光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小这就是说光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，因此说光是一种概率波【例2】有关光的本性，下列说法正确的是()A光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性D光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子波动性和粒子性是光在不同情况
11、下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性只有选项D正确光子是能量为h的微粒，表现出粒子性，而光子的能量与频率有关，体现了波动性，所以光子是统一了波粒二象性的微粒但是它在不同条件下的表现不同，大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性；光在传播时表现出波动性，光和其他物质相互作用时表现出粒子性；频率低的光波动性更强，频率高的光粒子性更强2(多选)对光的认识，下列说法中正确的是()A个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性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引起的C光表现出波动性时，就不具有
12、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ABD个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项有A、B、D.课 堂 小 结知 识 网 络1康普顿效应及其意义2光的波粒二象性3实物粒子具有波动性和粒子性.1(多选)关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
13、行为往往表现出粒子性B光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C高频光是粒子，低频光是波D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AD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，选项D正确；大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，选项A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，选项B错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，选项C错误2(多选)能说明光具有波粒二象性的实验是()A光的干涉和衍射B光的干涉和光电效应C光的衍射和康普顿效应D光电效应和康普顿效应BC光的干涉和光的衍射只说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应只说明光具有粒子性，B、C正确3(多选)关于光的波粒二象性，下列正确的说法是()A光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著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ABD光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子显示波动性，故选项A、B、D正确