高中物理 17.2 光的粒子性（第2课时）课件 新人教版选修3-5.ppt

2光的粒子性 2 了解康普顿效应 知道光子即有能量又有动量 3 理解光子的动量表达式 介绍康普顿效应和康普顿散射的实验装置与规律 通过动画 观察康普顿效应的原理 然后对康普顿效应的疑难部分提出问题 又通过 光子 的概念解释了康普顿效应现象 最后对康普顿效应的实验意义进行说明 本节内容重点是了解人类对光本性认识的发展史 了解物理学的曲折发展过程和研究方法 从而激发学生的学习兴趣 使学生受到辩证唯物主义教育 初步认识光的波动性与粒子性 且光具有波粒二象性是学习的难点 课堂教学中要能够联系以往的学习基础 让学生自己去发现问题 提出问题 要调动学生学习的积极性 增加视频 动画等多媒体演示 穿插介绍物理学史是十分必要的 白天的天空各处都是亮的 航天员在大气层外飞行时 尽管太阳的光线耀眼刺目 其他地方的天空却是黑的 甚至可以看见星星 这是为什么 光在介质中与物质微粒相互作用 因而传播方向发生改变 这种现象叫做光的散射 1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时 发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外 还有比入射线波长更长的射线 其波长的改变量与散射角有关 而与入射线波长和散射物质都无关 一 康普顿效应 1 光的散射 2 康普顿效应 3 康普顿研究石墨对X射线散射的实验装置与规律 晶体 光阑 探测器 0 散射波长 康普顿正在测晶体对X射线的散射 按经典电磁理论 如果入射X光是某种波长的电磁波 散射光的波长是不会改变的 3 康普顿研究散射的实验装置与规律 康普顿散射曲线的特点 1 除原波长 0外出现了移向长波方向的新的散射波长 2 新波长 随散射角的增大而增大 散射中出现 0的现象 称为康普顿散射 波长的偏移为 康普顿散射 称为电子的Compton波长 波长的偏移只与散射角 有关 而与散射物质种类及入射的X射线的波长 0无关 c 0 0241 2 41 10 3nm 实验值 只有当入射波长 0与 c可比拟时 康普顿效应才显著 因此要用X射线才能观察到康普顿散射 用可见光观察不到康普顿散射 1 经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 1 根据经典电磁波理论 当电磁波通过物质时 物质中带电粒子将做受迫振动 其频率等于入射光频率 所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率 2 无法解释波长改变和散射角关系 二 康普顿效应解释中的疑难 2 光子理论对康普顿效应的解释 1 若光子和外层电子相碰撞 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 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞 光子将与整个原子交换能量 由于光子质量远小于原子质量 根据碰撞理论 碰撞前后光子能量几乎不变 波长不变 3 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关 所以波长改变和散射角有关 1 有力地支持了爱因斯坦 光量子 假设 2 首次在实验上证实了 光子具有动量 的假设 3 证实了在微观世界的单个碰撞事件中 动量和能量守恒定律仍然是成立的 康普顿的成功也不是一帆风顺的 在他早期的几篇论文中 一直认为散射光频率的改变是由于 混进来了某种荧光辐射 在计算中起先只考虑能量守恒 后来才认识到还要用动量守恒 康普顿于1927年获诺贝尔物理奖 三 康普顿散射实验的意义 吴有训对研究康普顿效应的贡献 1923年 参加了发现康普顿效应的研究工作 1925 1926年 吴有训用银的X射线 0 5 62nm 为入射线 以15种轻重不同的元素为散射物质 在同一散射角 120 测量各种波长的散射光强度 作了大量X射线散射实验 对证实康普顿效应作出了重要贡献 光电效应表明光具有能量 康普顿效应表明光具有动量 两者都揭示了光的粒子性的一面 四 光子的动量 1 康普顿效应 3 康普顿散射实验的意义 2 康普顿效应解释中的疑难 4 光子的动量 1 关于光子说的基本内容有以下几点 不正确的是 A 在空间传播的光是不连续的 而是一份一份的 每一份叫一个光子B 光是具有质量 能量和体积的物质微粒子C 光子的能量跟它的频率成正比D 光子客观并不存在 而是人为假设的 B 2 能引起人的视觉感应的最小能量为10 18J 已知可见光的平均波长约为0 6 m 则进入人眼的光子数至少为个 恰能引起人眼的感觉 3 3 关于光电效应下述说法中正确的是 A 光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大B 只要入射光的强度足够强 照射时间足够长 就一定能产生光电效应C 在光电效应中 饱和光电流的大小与入射光的频率无关D 任何一种金属都有一个极限频率 低于这个频率的光不能发生光电效应 D 4 在可见光范围内 哪种颜色光的光子能量最大 想想看 这种光是否一定最亮 为什么 在可见光范围内 紫光的光子能量最大 因为其频率最高 但紫光不是最亮的 因为光的亮度由两个因素决定 一为光强 二为人眼的视觉灵敏度 在光强相同的前提下 由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏 因此黄绿色光应最亮 5 在光电效应实验中 如果入射光强度增加 将产生什么结果 如果入射光频率增加 又将产生什么结果 当入射光频率高于截止频率时 光强增加 发射的光电子数增多 当入射光频率低于截止频率时 无论光强怎么增加 都不会有光电子发射出来 入射光的频率增加 发射的光电子最大初动能增加