2017-2018学年高中物理第5章波与粒子2康普顿效应学案鲁科版选修3-5

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1、第2节康普顿效应［目标定位］1.了解康普顿X射线散射实验.2.理解康普顿X射线实验原理.3.掌握康普顿效应的概念，知道光的波粒二象性.I预习昌学I梳理・识记•:点拨一、康普顿对X射线散射的研究1.光的散射光在介质屮与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的现彖.2.康普顿效应在光的散射中，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关.3.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,深入揭示了光具有粒子性.二、光的波粒二象性1.光具有波粒二彖性：光子既有粒子的特征,乂有波的特征.2.发生光电效应或康普顿效应取决于入

2、射光的波长.3.光波是一种概率波.4.光的波动性和粒子性不是均衡表现的，波长较长时，光子的能量和动量很小,波动性比较明显,波长越长，波动性越明显.光在与电子相互作用吋表现为粒子性,在传播过程中更多地表现为波动性.课堂互动理解•深化•探究一、对康普顿效应的理解1.实验现象：X射线管发出波长为九的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

3、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，所以波长改变与散射角有关.【例1】白天的天空到处都是亮的，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

4、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，电子向某一个方向运动，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，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量均增加，所以光子的动量、能量减小，由久=2宀力v可知光子频率变小，波长P变长，故D正确.由于光子速度是不变的，故B错误.针对训练1康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量.入射光和电子的作用可以看成弹性碰撞，则当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子

5、，如图1给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞过程中动量（选填“守恒”或“不守恒”）,能量（选填“守恒”或“不守恒”），碰后光子可能沿（选填“1”“2”或“3”）方向运动，并且波长（选填“不变”、“变小”或“变长”）.…免&子碰前图1答案守恒守恒1变长解析光子与电子碰撞过程满足动量守恒和能量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，由矢量合成知识可知碰后光子的方向可能沿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£=力卜知，频率变小，再根据c=A/知，波长变长.二、对光的波

6、粒二象性的理解实验基础表现说明光的波动性光的干涉1.大量光子产生的效果显示1.光的波动性是光子本身的和衍射出波动性2.频率较低的光在传播时，表现出波的性质一种属性，不是光子Z间相互作用产生的2.光的波动性不同于宏观概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，表现出粒子性2.少量或个别光子容易显示出光的粒子性1.粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的2.光子不同于宏观概念的粒子说明对于不同频率的光，频率越高，光的粒子性越强；频率越低，光的波动性越强【例2］（多选）下列关于光的波粒二象性的理解正

7、确的是（）A.大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的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答案AD解析光的波粒二象性指光有吋候表现出的粒子性较明显，有吋候表现出的波动性较明显,D正确；大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，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，B错误；频率高的光粒子性显著,频率低的光波动性显著，C错误.针对训练2下列有关光的波粒二象性的说法中，正确

8、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.大量光子的行为往往显示出粒子性答案C解析一切光都具