高二物理5.2（ 康普顿效应 ）（鲁科版选修3-5）

欢迎进入物理课堂 第2节康普顿效应 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 一 康普顿对X射线散射的研究 光的散射 光在介质中与物体微粒的相互作用 因而传播方向 的现象 康普顿效应 在光的散射中 除了与入射波长 的成分外 还有波长 的成分的现象 康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有 之外 还具有 深入揭示了光的 性的一面 发生改变 0相同 大于 0 能量 粒子 动量 1 表达式 P 2 说明 在康普顿效应中 当入射的光子与晶体中的电子碰撞时 要把一部分动量转移给电子 因此有些光子散射后波长变 光的干涉 衍射 偏振现象表明光具有 性 光电效应和康普顿效应表明光具有 性 即光具有 性 光子的动量 二 光的波粒二象性 光的本性 大 波动 波粒二象 粒子 1 关系式 E 和p 光的波动性不是光子之间相互作用的结果而是光子 的性质 光子在空间出现的概率可以通过 确定 所以 光波是一种概率波 光子的能量和动量关系式 三 概率波 光波是一种概率波 h 自身 固有 波动的规律 粒子 波动 粒子 波动 对于电子和其他微观粒子 单个粒子的位置是 但在某点出现的概率的大小可以由 确定 而且 对于大量粒子 这种概率分布导致确定的宏观结果 所以物质波也是概率波 说明 在电子束的衍射图样中 电子落在 亮纹 上的概率大 落在 暗纹 上的概率小 但概率的大小受规律的支配 物质波也是概率波 不确定的 波动的规律 光子说的证据 康普顿效应 光的波动理论认为 散射光的频率与入射光的频率相等 美国物理学家康普顿在研究X射线散射时 发现散射光波长发生了变化 并用光子概念成功地解释了这种现象 为光子说提供了又一例证 康普顿效应 X射线管发出波长为 的X射线 在石墨上被散射 用X射线光谱仪测得被散射X射线的波长和强度 实验发现 部分散射光的波长变长 波长改变的多少与散射角有关 这种现象称为康普顿效应 一 对康普顿效应的理解 康普顿效应的理论解释 当光子与电子相互作用时 其过程可看成弹性碰撞 既遵守能量守恒定律 又遵守动量守恒定律 在碰撞中光子将能量h 的一部分传递给了电子 光子的能量减少 波长变化 康普顿提出的理论与实验结果相符 从而进一步说明光具有粒子性 发生光电效应或康普顿效应取决于入射光的波长 当波长较短的X射线或 射线入射时 产生康普顿效应 当波长较长的可见光或紫外光入射时 主要产生光电效应 温馨提示 1 光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用 因而传播方向发生改变 2 康普顿提出的理论与实验结果相符 从而进一步说明光具有粒子性 3 发生光电效应或是康普顿效应取决于光波的波长 当波长较短的X射线或 射线入射时 产生康普顿效应 当波长较长的可见光或紫外光入射时主要产生光电效应 人类对光的认识经历了漫长的历程 从牛顿光的微粒说 托马斯 杨和菲涅耳的波动说 从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说 直到二十世纪初 对于光的本性的认识才提升到一个更高层次 即光具有波粒二象性 对于光的本性认识史 列表如下 二 对光的本性认识史 三 对光的波粒二象性的理解 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 典例1 对康普顿效应的理解 答案D 康普顿假设电子是自由电子 当光子与电子相互作用时 其过程可看成弹性碰撞 既遵守 守恒定律 又遵守 守恒定律 在碰撞中光子将能量 的一部分传递给电子 光子的能量减少 波长变长 康普顿提出的理论与实验结果相符 从而进一步说明光具有 性 答案能量动量h 粒子 变式1 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 典例2 对光的波粒二象性的理解 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 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 答案C借题发挥解答此类问题关键要理解光具有波粒二象性及掌握有关光的波动性 粒子性的一些常见现象 关于光的波粒二象性 下列说法中不正确的是 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E 光的波粒二象性应理解为 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 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 E说法正确 光的频率越高 能量越大 粒子性相对波动性越明显 B说法正确 C说法错误 答案C 变式2 1 关于康普顿效应 下列说法正确的是 A 康普顿在研究X射线散射时 发现散射光的波长发生了变化 为波动说提供了依据B X射线散射时 波长改变的多少与散射角有关C 发生散射时 波长较短的X射线或 射线入射时 产生康普顿效应D 爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应 所以康普顿效应支持粒子说 对康普顿效应的理解 解析美国物理学家康普顿在研究X射线散射时 发现散射光波长发生了变化 这种现象用波动说无法解释 用光子说却可以解释 A错 波长改变的多少与散射角有关 B对 当波长较短时发生康普顿效应 较长时发生光电效应 C对 D对 答案BCD 关于光子和运动着的电子 下列论述正确的是 A 光子和电子一样都是实物粒子B 光子和电子都能发生衍射现象C 光子和电子都具有波粒二象性D 光子具有波粒二象性 而电子只具有粒子性解析物质可分为两大类 一是质子 电子等实物 二是电场 磁场等 统称场 光是传播着的电磁场 根据物质波理论 一切运动的物体都具有波动性 故光子和电子都具有波粒二象性 综上所述 B C选项正确 答案BC 对光的波粒二象性的理解 2 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全