您好,欢迎访问三七文档
第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性第二章波粒二象性第二章波粒二象性1.了解康普顿效应及其意义.2.知道光具有波粒二象性,区分光的波动性和粒子性.3.知道光波是概率波.一、康普顿效应1.康普顿效应用X射线照射物体时,一部分散射出来的X射线的波长会______,这个现象称为康普顿效应.按照光的电磁理论,光波波长在散射前后应该不变,光的电磁理论再次遇到了困难.变长2.光子的动量光电效应揭示出光的______性,每个光子携带的能量为ε=______,爱因斯坦进一步提出光子的动量应为________,式中λ为光波的波长.3.康普顿效应的意义(1)证明了爱因斯坦光子假说的正确性.(2)证明了光子具有______.(3)证明了光子具有______.粒子hνp=hλ能量动量康普顿效应说明了什么?为什么说康普顿效应反映了光子具有动量?提示:康普顿效应说明了光的粒子性.解释光子波长变化的问题时运用了能量守恒定律和动量守恒定律,理论与实验符合很好.二、光的波粒二象性的本质光既具有______性,又具有______性,单独使用____或______的解释都无法完整地描述光的所有性质,把这种性质称为波粒二象性.粒子波动波粒子1.(1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性.()(2)光子数量越大,其粒子性越明显.()(3)光具有粒子性,但光子又不同于宏观观念的粒子.()√×√三、概率波在光的双缝干涉实验中,每个光子按照一定的______落在感光片的某一点上,________的地方落下的光子多,形成亮纹;________的地方落下的光子少,形成暗纹,干涉条纹是光子落在感光片上各点的__________的反映.这种概率分布就好像波干涉时强度的分布,所以对光的描述说成是一种概率波.在光的量子化现象的领域中,描述光性质的最恰当的语言是________.概率概率大概率小概率分布概率波2.(1)光波既是一种电磁波,又是一种概率波.()(2)概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象,所以本质是一样的.()√×对康普顿效应的理解1.经典物理的理论无法解释康普顿效应按照经典物理的理论,由于光是电磁振动的传播,入射光将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带电粒子受迫振动的频率,也就是入射光的频率.因此,散射光的波长与入射光的波长应该相同,不应出现λ>λ0的散射光.2.利用光子说解释康普顿效应假定X射线光子与电子发生弹性碰撞,这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似.按照爱因斯坦的光子说,一个X射线光子不仅具有能量E=hν,而且还有动量.如图所示.这个光子与静止的电子发生弹性斜碰,光子把部分能量转移给了电子,光子能量由hν减小为hν′,因此频率减小,波长增大;同时,光子还使电子获得一定的动量.这样就圆满地解释了康普顿效应.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.光电效应应用于电子吸收光子的问题;而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题.(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λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分,这个现象称为康普顿效应.关于康普顿效应,以下说法正确的是()A.康普顿效应现象说明光具有波动性B.康普顿效应现象说明光具有粒子性C.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量增加D.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量减少[解析]康普顿效应说明光具有粒子性,A项错误,B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,C项错误,D项正确.[答案]BD白天的天空各处都是亮的,是大气分子对太阳散射的结果,美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖.假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后,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.波长变长解析:选D.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,碰撞后其动量、能量增加,所以光子的动量、能量减小,由λ=hp、E=hν可知光子频率变小,波长变长,故D正确.由于光子速度是不变的,故B错误.人类对光本性的认识历程光的本性是什么?从牛顿的光的微粒说,到托马斯·杨和菲涅耳的光的波动说,从麦克斯韦的光的电磁说,到爱因斯坦的光子说,人类对光的认识构成了一部科学史诗.微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性年代17世纪17世纪19世纪中期20世纪中期20世纪初代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦公认微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性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,光速等于电磁波速光电效应、康普顿效应光既有波动现象,又有粒子特征微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性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关于光的本性,下列说法中正确的是()A.关于光的本性,牛顿提出微粒说,惠更斯提出波动说,爱因斯坦提出光子说,它们都说明了光的本性B.光具有波粒二象性是指:既可以把光看成宏观概念上的波,也可以看成微观概念上的粒子C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性,光电效应说明光具有粒子性D.光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来[解析]光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述,不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波,光的粒子性是指光的能量是一份一份的,每一份是一个光子,不是牛顿微粒说中的经典微粒.某现象说明光具有波动性,是指波动理论能解释这一现象;某现象说明光具有粒子性,是指能用粒子说解释这个现象.要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系.选项C正确、选项A、B、D错误.[答案]C(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程.下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是()A.牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B.光的双缝干涉显示了光的波动性C.麦克斯韦预言了光是一种电磁波D.光具有波粒二象性解析:选BCD.牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒,爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量,显然选项A错误;干涉、衍射是波的特性,光能发生干涉说明光具有波动性,选项B正确;麦克斯韦根据光的传播不需要介质,以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等,认为光是一种电磁波,后来赫兹用实验证实了光的电磁说,选项C正确;光具有波动性与粒子性,称为光的波粒二象性,选项D正确.对光的波粒二象性的理解1.光的粒子性的含义:粒子性的含义是“不连续”“一份一份”的,光的“粒子”即光子,不同于宏观概念的粒子,但也具有动量和能量.(1)当光同其他物质发生作用时,表现出粒子性.(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性.(3)频率高,波长短的光,粒子性特征显著.2.光的波动性的含义:光的波动性是光子本身的一种属性,它不同于宏观的波,它是一种概率波,即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律描述.(1)足够能量的光(大量光子)在传播时,表现出波的性质.(2)频率低,波长长的光,波动性特征显著.3.光的波动性、粒子性是统一的(1)光的粒子性并不否定光的波动性,光既具有波动性,又具有粒子性,波动性、粒子性都是光的本质属性,只是在不同条件下的表现不同.(2)只有从波粒二象性的角度,才能统一说明光的各种表现.光的干涉和衍射及偏振说明光具有波动性,而光电效应和康普顿效应是光具有粒子性的例证.关于对光的认识,下列说法正确的是()A.频率高的光是粒子,频率低的光是波B.光有时是波,有时是粒子C.光有时候表现出波动性,有时候表现出粒子性D.光既是宏观概念中的波,也是宏观概念中的粒子[思路点拨]波动性和粒子性是微观粒子(包括光)具有的不可分割的两种固有属性,在不同情况下,一种属性起主要作用,该属性就表现出来或属性显著.但微观粒子的波动性和粒子性与宏观概念中的波和粒子是完全不同的.[解析]波动性和粒子性是光的两种属性,同时存在,A、B均错;光有时表现出波动性,有时表现出粒子性,C对;光与宏观中的波及粒子不相同,D错.[答案]C(多选)关于光的波粒二象性,下列说法中正确的是()A.波粒二象性指光有时表现为波动性,有时表现为粒子性B.光波频率越高,粒子性越明显C.能量越大的光子其波动性越显著D.个别光子易表现出粒子性,大量光子易表现出波动性解析:选ABD.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,或者说在某种场合下光的粒子性表现明显,在另外某种场合下,光的波动性表现明显.个别光子易表现出粒子性,大量光子易表现出波动性,A、D说法正确;光的频率越高,能量越高,粒子性相对波动性越明显,B说法正确,C说法错误.
本文标题:2019-2020学年高中物理 第二章 波粒二象性 第三节 康普顿效应及其解释 第四节 光的波粒二象
链接地址:https://www.777doc.com/doc-8281511 .html