第三節(jié)康普頓效應及其解釋第三節(jié)康普頓效應及其解釋第四節(jié)光的波粒二象性第四節(jié)光的波粒二象性 目標定位目標定位1.了了解康普頓效應及其意義解康普頓效應及其意義.2.知道光的波粒二知道光的波粒二象性并會分析有關現(xiàn)象象性并會分析有關現(xiàn)象.3.了解什么是概率波，知道光也是一了解什么是概率波，知道光也是一種概率波種概率波變長變長h2康普頓對散射光波長變化的解釋康普頓對散射光波長變化的解釋(1)散散射光波長的變化，是入射光子與物質中的射光波長的變化，是入射光子與物質中的 發(fā)生碰撞發(fā)生碰撞的結果的結果(2)物質中電子的動能比物質中電子的動能比 小很多，電子可以看小很多，電子可以看做是靜止的做是靜止的(3)光子與電子作用過程中，總能量、總動量均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的能量和動量均 了，這樣，散射光的了，這樣，散射光的 也就變長了也就變長了3康普頓效應的意義康普頓效應的意義康康普頓效應表明光子除了具有能量之外，還具有動量，深入揭普頓效應表明光子除了具有能量之外，還具有動量，深入揭示了光的示了光的 性的一面性的一面電子電子入射光子的能量入射光子的能量守恒守恒減小減小波長波長粒子粒子二、光的波粒二象性二、光的波粒二象性1光的波粒二象性的本質光的波粒二象性的本質(1)雙雙縫干涉實驗裝置如圖縫干涉實驗裝置如圖1所示所示圖圖1(2)實驗要求：降低光源實驗要求：降低光源S的強度，直到入射光減弱到?jīng)]有兩的強度，直到入射光減弱到?jīng)]有兩個光子同時存在的程度個光子同時存在的程度(3)實驗結果：實驗結果：短時間，感光片上呈現(xiàn)雜亂分布的短時間，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長時間，感光片上形成清晰的 (4)實驗結論：光既有波動性，又有粒子性，光具有波粒二象實驗結論：光既有波動性，又有粒子性，光具有波粒二象性性亮點亮點亮紋亮紋干涉圖樣干涉圖樣2概率波概率波(1)對對干涉實驗中明暗條紋的解釋干涉實驗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，概率大每個光子按照一定的概率落在感光片的某一點，概率大的地方落下的光子多，形成的地方落下的光子多，形成 ；概率小的地方落下的；概率小的地方落下的光子少，形成光子少，形成 (2)光波是一種光波是一種 ，干涉條紋是光子在感光片上各，干涉條紋是光子在感光片上各點概率分布的反映點概率分布的反映亮紋亮紋暗紋暗紋概率波概率波預習完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中預習完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題問題1問題問題2問題問題3一、康普頓效應一、康普頓效應1實驗結果實驗結果1918年年1922年，美國物理學家康普頓在研究石墨對年，美國物理學家康普頓在研究石墨對X射射線的散射時，發(fā)現(xiàn)散射的線的散射時，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)象叫做康普頓效應把這種波長變化的現(xiàn)象叫做康普頓效應2光子說對康普頓效應的解釋光子說對康普頓效應的解釋假假定定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞，這種碰撞跟臺球比射線光子與電子發(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射線光子不僅具有能量h，而且還有動量如圖，而且還有動量如圖2所所示這個光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分示這個光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分能量轉移給了電子，能量由能量轉移給了電子，能量由h減小為減小為h，因此頻率減小，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就圓滿地解釋了康普頓效應圖圖2【例【例1】康康普頓效應證實了光子不僅具有能量，也有動量，普頓效應證實了光子不僅具有能量，也有動量，如圖如圖3給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰撞后光子可能沿方向則碰撞后光子可能沿方向_運動，并且波長運動，并且波長_(選填選填“不變不變”、“變短變短”或或“變長變長”)圖圖3答案答案1變變長長解析解析根據(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，相碰后合動量應沿守恒，相碰后合動量應沿2方向，所以碰后光子可能沿方向，所以碰后光子可能沿1方向方向運動，由于動量變小，故波長應變長運動，由于動量變小，故波長應變長針對訓練針對訓練在在康普頓效應中，光子與電子發(fā)生碰撞后，關于康普頓效應中，光子與電子發(fā)生碰撞后，關于散射光子的波長，下列說法正確的是散射光子的波長，下列說法正確的是()A一定變長一定變長B一定變短一定變短C可能變長，也可能變短可能變長，也可能變短D決定于電子的運動狀態(tài)決定于電子的運動狀態(tài)答案答案A解析解析因為光子入射的能量很大，比電子的能量要大得多，因為光子入射的能量很大，比電子的能量要大得多，碰撞時，動量和能量都守恒，碰后一定是電子的動能增加，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，選項光子的能量減少，所以散射光子的波長一定變長，選項A正確正確二、對光的波粒二象性的理解二、對光的波粒二象性的理解實驗實驗基礎基礎表現(xiàn)表現(xiàn)說明說明光的光的波波動性動性干涉和干涉和衍射衍射光是一種概率波，即光子在光是一種概率波，即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小空間各點出現(xiàn)的可能性大小(概概率率)可用波動規(guī)律來描述可用波動規(guī)律來描述頻率較低的光在傳播時，表頻率較低的光在傳播時，表現(xiàn)出波的性質現(xiàn)出波的性質.光的波動性是光光的波動性是光子本身的一種屬性，子本身的一種屬性，不是光子之間相互不是光子之間相互作用產(chǎn)生的作用產(chǎn)生的光的波動性不同光的波動性不同于宏觀觀念的波于宏觀觀念的波光的光的粒粒子性子性光電效光電效應、康應、康普頓效普頓效應應當光同物質發(fā)生作用時，這當光同物質發(fā)生作用時，這種作用是種作用是“一份一份一份一份”進行的，進行的，表現(xiàn)出粒子性表現(xiàn)出粒子性少量或個別光子清楚地顯示少量或個別光子清楚地顯示出光的粒子性出光的粒子性.粒子的含義是粒子的含義是“不連續(xù)不連續(xù)”、“一一份一份份一份”的的光子不同于宏觀光子不同于宏觀觀念的粒子觀念的粒子【例【例2】(多選多選)關關于光的波粒二象性的理解正確的是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)出粒子性往往表現(xiàn)出粒子性B光在傳播時是波，而與物質相互作用時就轉變成粒子光在傳播時是波，而與物質相互作用時就轉變成粒子C高頻光是粒子，低頻光是波高頻光是粒子，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，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有時它的粒子性顯著答案答案AD解析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，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，有時候表現(xiàn)出的波動性較明顯，D正確；大量光子的效果往正確；大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動性，往表現(xiàn)出波動性，A正確；光在傳播時波動性顯著，光與物正確；光在傳播時波動性顯著，光與物質相互作用時粒子性顯著，質相互作用時粒子性顯著，B錯誤；頻率高的光粒子性顯著，錯誤；頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動性顯著，頻率低的光波動性顯著，C錯誤錯誤三、對光是概率波的理解三、對光是概率波的理解1單單個粒子運動的偶然性：我們可以知道粒子落在某點的個粒子運動的偶然性：我們可以知道粒子落在某點的概率，但不能預言粒子落在什么位置，即粒子到達什么概率，但不能預言粒子落在什么位置，即粒子到達什么位置是隨機的，是預先不能確定的位置是隨機的，是預先不能確定的2大量粒子運動的統(tǒng)計規(guī)律：光在傳播過程中，光子在空大量粒子運動的統(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概率波【例例3】(多選多選)在在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的入的整個光強的95%以上，假設現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，以上，假設現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，那么該光子那么該光子 ()A一定落在中央亮紋處一定落在中央亮紋處B一定落在亮紋處一定落在亮紋處C可能落在暗紋處可能落在暗紋處D落在中央亮紋處的可能性最大落在中央亮紋處的可能性最大答案答案CD解析解析根據(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然何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處當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，故的概率很小，故C、D選項正確選項正確.