1、高中物理选修3-5鲁科版第5章 波与粒子第2节 康普顿效应 目标定位 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 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，使光的发生改变的现象 2康普顿效应：在光的散射中，除了与入射光波长相同的成分外，还有比入射光波长的成分，波长改变的多少与有关 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，深入揭示了光的性的一面，为光子说提供了又一例证预习导学传播方向散射角动量粒子更长 二、光的波粒二象性 1光具有波粒二象性：光子既有，又有 2发生光电效应或康普顿效应取决于：当波长
2、较短的X射线或射线入射时，产生；当波长较长的可见光或紫外光入射时，主要产生 3光波是一种预习导学粒子的特征波的特征入射光的波长康普顿效应光电效应概率波 4光的波动性和粒子性不是均衡表现的，波长较长时，光子的和很小，波动性比较，波长越长，波动性越光在与电子相互作用时表现为性，在传播过程中更多地表现为性.预习导学能量动量明显粒子明显波动 一、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课堂讲义课堂讲义 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
3、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波长改变与散射角的关系课堂讲义 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课堂讲义【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
4、的诺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课堂讲义课堂讲义 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，如图521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”)图521
5、课堂讲义 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Eh知，频率变小，再根据c知，波长变长课堂讲义 二、对光的波粒二象性的理解实验基础表 现说 明光的波动性光的干涉和衍射1.大量光子产生的效果显示出波动性2足够能量的光在传播时，表现出波的性质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
6、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，光的波动性越强课堂讲义【例2】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课堂讲义 解析 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，D正确；大量光子的效果往往
7、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错误课堂讲义 针对训练2下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是()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课堂讲义 解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子 虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量；电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子课堂讲义 光的波粒二象性的理论和实验表明，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光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著 综上所述，本题正确答案为选项C.再见
