第二章第三節(jié)康普頓效應及其解釋第四節(jié)光的波粒二象性學習目標1.了解康普頓效應及其意義.2.知道光的波粒二象性并會分析有關現(xiàn)象.3.了解什么是概率波，知道光也是一種概率波.內(nèi)容索引知識探究題型探究達標檢測知識探究一、康普頓效應一、康普頓效應太陽光從小孔射入室內(nèi)時，我們從側面可以看到這束光；白天的天空各處都是亮的；宇航員在太空中會發(fā)現(xiàn)盡管太陽光耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的，為什么？導學探究導學探究答案答案在地球上存在著大氣，太陽光經(jīng)大氣中微粒散射后傳向各個方向，而在太空中的真空環(huán)境下光不再散射只向前傳播.答案知識梳理知識梳理1.光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射.2.康普頓效應美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長0相同的成分外，還有波長 0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應.大于3.康普頓效應的意義康普頓效應表明光子除了具有能量之外，還具有動量，深入揭示了光的 的一面.4.光子的動量(1)表達式：p .(2)說明：在康普頓效應中，入射光子與物質(zhì)中電子碰撞時，把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動量變小.因此，有些光子散射后波長變大.粒子性即學即用即學即用判斷以下說法的正誤.(1)光子的動量與波長成反比.()(2)光子發(fā)生散射后，其動量大小發(fā)生變化，但光子的頻率不發(fā)生變化.()(3)有些光子發(fā)生散射后，其波長變大.()二、光的波粒二象性的本質(zhì)二、光的波粒二象性的本質(zhì)人類對光的本性的認識的過程中先后進行了一系列實驗，比如：光的單縫衍射實驗(圖A)導學探究導學探究光的雙孔干涉實驗(圖B)光電效應實驗(圖C)光的康普頓效應實驗(圖D)康普頓效應實驗等等.(1)在以上實驗中哪些體現(xiàn)了光的波動性？哪些體現(xiàn)了光的粒子性？答案答案單縫衍射、雙孔干涉體現(xiàn)了光的波動性.光電效應和康普頓效應體現(xiàn)了光的粒子性.(2)光的波動性和光的粒子性是否矛盾？答案答案不矛盾.大量光子在傳播過程中顯示出波動性，比如干涉和衍射.當光與物質(zhì)發(fā)生作用時，顯示出粒子性，如光電效應、康普頓效應.光具有波粒二象性.答案知識梳理知識梳理1.對光的波粒二象性 實驗基礎表現(xiàn)光的波動性干涉和衍射1.大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性2.足夠能量的光在傳播時，表現(xiàn)出波的性質(zhì)1.光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的2.光的波動性不同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應、康普頓效應1.當光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子性2.少量或個別光子容易顯示出光的粒子性1.粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的2.光子不同于宏觀觀念的粒子說明對于不同頻率的光，頻率越高，光的粒子性越強；頻率越低，光的波動性越強2.光子的能量h和動量p ，說明了光具有波粒二象性.普朗克常量h把描述粒子性的 和 ，與描述波動性的 、 緊密聯(lián)系在一起.能量動量p頻率波長即學即用即學即用判斷下列說法的正誤.(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動性.()(2)光子數(shù)量越大，其粒子性越明顯.()(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子.()(4)光在傳播過程中，有的光是波，有的光是粒子.()三、概率波三、概率波雙縫干涉實驗中(如圖1甲所示)，在光屏處放置感光片，并設法減弱光的強度，使光子只能是一個一個地通過狹縫.曝光時間短時，可看到感光片上出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的亮點，如圖乙所示.曝光時間足夠長，有大量光子通過狹縫，感光片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋，如圖丁所示.如何解釋曝光時間較短時的亮點和曝光時間較長時的干涉圖樣呢？導學探究導學探究圖1答案答案答案圖片上的亮點表明，光表現(xiàn)出粒子性，也看到光子的運動與宏觀現(xiàn)象中質(zhì)點的運動不同，沒有一定的軌道.圖丙和圖丁圖樣說明，光的波動性是大量光子表現(xiàn)出來的現(xiàn)象.在干涉條紋中，那些光波強的地方是光子到達機會多的地方或是到達幾率大的地方，光波弱的地方是光子到達機會少的地方，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，所以光波是一種概率波.知識梳理知識梳理1.單個粒子運動的偶然性：我們可以知道粒子落在某點的 ，但不能預言粒子落在什么位置，即粒子到達什么位置是 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，光子在空間出現(xiàn)的_ 可以通過波動規(guī)律確定，所以光波是一種 波.概率隨機概率概率即學即用即學即用判斷下列說法的正誤.(1)光子通過狹縫后落在屏上的位置是可以確定的.()(2)光子通過狹縫后落在屏上亮條紋處的概率大些.()(3)電子通過狹縫后運動的軌跡是確定的.()題型探究一、對康普頓效應的理解1.光電效應揭示出光的粒子性，每個光子攜帶的能量為h，愛因斯坦進一步提出光子的動量應為p ，式中為光波的波長.2.康普頓效應不僅有力地驗證了光子理論，而且證實了微觀領域的現(xiàn)象也嚴格遵循能量守恒和動量守恒.康普頓效應揭示出光具有粒子性的一面.例例1康普頓效應證實了光子不僅具有能量，也有動量.如圖2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_運動，并且波長_(填“不變”“變短”或“變長”).解析答案圖21變長解析解析由于光子不僅具有能量，它還具有動量，因此我們可以根據(jù)能量和動量的相關規(guī)律進行分析和解答.因光子與電子的碰撞過程動量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動量的方向與碰撞前光子動量的方向一致，可見碰撞后光子運動的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，光子的能量減少，由h知，頻率變小，再根據(jù)c知，波長變長.二、對光的波粒二象性的認識1.大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性.2.光子和電子、質(zhì)子等實物粒子一樣，具有能量和動量.和其他物質(zhì)相互作用時，粒子性起主導作用；在光的傳播過程中，光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小(概率)由波動性起主導作用，因此稱光波為概率波.3.頻率低、波長長的光，波動性特征顯著，而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著.4.光子的能量與其對應的頻率成正比，而頻率是描述波動性特征的物理量，因此h揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系.例例2(多選)對光的認識，以下說法中正確的是 A.個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性B.高頻光是粒子，低頻光是波C.光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時，就不再 具有波動性了D.光的波粒二象性應理解為：在某種場合下光的波動性表現(xiàn)得明顯，在 另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)得明顯解析答案解析解析個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性；光與物質(zhì)相互作用，表現(xiàn)為粒子性，光的傳播表現(xiàn)為波動性，光的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，頻率高的光粒子性強，頻率低的光波動性強，光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性，因為大量粒子的個別行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律，故正確選項為A、D.三、對光的概率波的理解1.單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.例例3(多選)在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上，假設現(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解析答案解析解析根據(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.當然也可能落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項正確.達標檢測1.一個沿著一定方向運動的光子和一個原來靜止的自由電子相互碰撞，碰撞之后電子向某一方向運動，而光子沿著另一方向散射出去，則這個散射光子跟原來入射時相比 A.能量減少 B.動量增加C.頻率增大 D.波長減小答案1232.下列有關光的波粒二象性的說法中，正確的是 A.有的光是波，有的光是粒子B.光子與電子是同樣的一種粒子C.光的波長越長，其波動性越顯著；光的波長越短，其粒子性越顯著D.大量光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性答案解析123解析解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，有些行為(如光電效應)表現(xiàn)出粒子性，A錯誤.雖然光子與電子都是微觀粒子，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以B錯誤.光的波粒二象性的理論和實驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性.光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著；光的波長越短，其粒子性越顯著，故選項C正確，D錯誤.1233.關于光的本性，下列說法中正確的是 A.關于光的本性，牛頓提出“微粒說”，惠更斯提出“波動說”，愛因 斯坦提出“光子說”，它們都說明了光的本性B.光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看 成微觀概念上的粒子C.光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應說明光具有粒子性D.光的波粒二象性是將牛頓的粒子說和惠更斯的波動說真正有機地統(tǒng)一 起來答案123