省优获奖 省一等奖课件： 光的波粒 象性教科版高中物理选修3-5

[后思考] h 1．由公式 E＝hν 和 λ＝ ，能看出波动性和粒子性的联系吗？ p
【提示】 从光子的能量和动量的表达式可以看出，是 h 架起了粒子性与 波动性之间的桥梁．
2．在光的单缝衍射实验中，在光屏上放上照相底片，并设法控制光的强度， 尽可能使光子一个一个地通过狭缝，曝光时间短时，可看到胶片上出现一些无 规则分布的点；曝光时间足够长时，有大量光子通过狭缝，底片上出现一些平 行条纹，中央条纹最亮最宽．请思考下列问题：
(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．
【解析】 康普顿效应说明光具有粒子性，B 项错误，A、C 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，D 项错误．
【答案】 AC
2．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．如图 431 给出了光 子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰后光子可能沿__________方向运动， 并且波长________(选填“不变”“变短”或“变长”)．
1．(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．康普顿效应说明光子具动量 B．康普顿效应现象说明光具有波动性 C．康普顿效应现象说明光具有粒子性 D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加 )
知 识 点 一
3.光的波粒二象性
知 识 点 二
学 业 分 层 测 评
学 习 目 标 1.知道什么是康普顿效应及康普顿散 射实验原理．(重点) 2．理解光的波粒二象性，了解光是 一种概率波.
知 识 脉 络
康 普 顿 效 应
[先填空] 1．光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生偏 转，这种现象叫光的散射． 蔚蓝的天空、殷红的晚霞是大气层对阳光散射形成的，夜晚探照灯或激光 的光柱，是空气中微粒对光散射形成的．
班主任： 我觉得何旋今天取得这样的成绩，我觉得，很重 要的是，何旋是土生土长的北京二中的学生，二中的教育 理念是综合培养学生的素质和能力。我觉得何旋，她取得 今天这么好的成绩，一个来源于她的扎实的学习上的基础， 还有一个非常重要的，我觉得特别想提的，何旋是一个特 别充满自信，充满阳光的这样一个女孩子。在我印象当中， 何旋是一个最爱笑的，而且她的笑特别感染人的。所以我 觉得她很阳光，而且充满自信，这是她突出的这样一个特 点。所以我觉得，这是她今天取得好成绩当中，心理素质 非常好，是非常重要的。
【答案】 B
4．(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的 95%以上．假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子( A．一定落在中央亮纹处 B．一定落在亮纹处 C．可能落在亮纹处 D．可能落在暗纹处 )
【解析】
根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是
不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达 95%以上．当然也可能落 在其他亮纹处， 还可能落在暗纹处， 只不过落在暗处的概率很小而已， 故只有 C、 D 正确．
青 春 风 采
高考总分：
692分(含20分加分) 语文131分 数学145分英语 141分 文综255分
毕业学校：北京二中 报考高校： 北京大学光华管理学院
北京市文科状元 阳光 女孩--何旋
来自北京二中，高考成绩672分，还有20分加分。 “何旋给人最深的印象就是她的笑声，远远的就能 听见她的笑声。”班主任吴京梅说，何旋是个阳光 女孩。“她是学校的摄影记者，非常外向，如果加 上20分的加分，她的成绩应该是692。”吴老师说， 何旋考出好成绩的秘诀是心态好。“她很自信，也 很有爱心。考试结束后，她还问我怎么给边远地区 的学校捐书”。
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附赠 中高考状元学习方法
前
言
高考状元是一个特殊的群体，在许多人的眼中， 他们就如浩瀚宇宙里璀璨夺目的星星那样遥不可及。 但实际上他们和我们每一个同学都一样平凡而普通， 但他们有是不平凡不普通的，他们的不平凡之处就 是在学习方面有一些独到的个性，又有着一些共性， 而这些对在校的同学尤其是将参加高考的同学都有 一定的借鉴意义。
(1)曝光时间短时，说明什么问题？
【提示】 少量光子表现出光的粒子性，但其运动规律与宏观粒子不同，
其位置是不确定的．
(2)曝光时间足够长时，说明什么问题？
【提示】 多的地方． 大量光子表现出光的波动性，光波强的地方是光子到达的机会
(3)暗条纹处一定没有光子到达吗？
【提示】 现出亮度． 暗条纹处也有光子到达，只是光子到达的几率特别小，很难呈
2．康普顿效应 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，除原波长 外， 还发现了波长随散射角的增大而增大 的谱线． X 射线经物质散射后波长变长 的现象，称为康普顿效应．
3．康普顿的理论 当光子与电子相互作用时，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 hν 的一部分传递给了 电子，光子能量减少，波长变长． 4．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，还具有动量，深入揭示了光的
3．关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是(
) 【导学号：22482062】
A．光的频率越高，衍射现象越容易看到 B．光的频率越高，粒子性越显著 C．大量光子产生的效果往往显示粒子性 D．光的波粒二象性否定了光的电磁说
【解析】
光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的电磁说，只是说
某些情况下粒子性明显，某些情况下波动性明显，故 D 错误．光的频率越高， 波长越短，粒子性越明显，波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故 B 正 确、A 错误．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，故 C 错误．
散等都有波动的表现．
光 的 粒 子 性 是 指 光 与 其 他 物 质 相互作用 时 所 交 换 的 能 量 和 动 量 具 有不连续性，如光电效应、康普顿效应等．
(2)光子的能量和动量 ①能量：ε＝ hν . h ②动量：p＝ . λ (3)意义 能量 ε 和动量 p 是描述物质的粒子 性的重要物理量； 波长 λ 和频率 ν 是描述 h 波动 物质的 性的典型物理量．因此 ε＝ hν 和 p＝ 揭示了光的粒子性和波动性之 λ 间的密切关系．
对光子落点的理解 1．光具有波动性，光的波动性是统计规律的结果，对某个光子我们无法判 断它落到哪个位置，我们只能判断大量光子的落点区域． 2．在暗条纹处，也有光子达到，只是光子数很少． 3．对于通过单缝的大量光子而言，绝大多数光子落在中央亮纹处，只有少 数光子落在其他亮纹处及暗纹处．
学业分层测评（十五）
2．光是一种概率波 光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小 ，所以光是一种概率 波．
[再判断] 1．光的干涉、衍射、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．(√) 4．光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些．(√)
【答案】 CD
对光的波粒二象性的两点提醒 1．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． 2．波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．当 光与其他物质发生作用时，表现出粒子的性质；少量或个别光子易显示出光的 粒子性；频率高波长短的光，粒子性显著．大量光子在传播时表现为波动性； 频率低波长长的光，波动性显著．
(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，所以波长的改变与散射角有 关． 2．康普顿的散射理论进一步证实了爱因斯坦的光量子理论，也有力证明了 光具有波粒二象性．
【提示】
地球上存在着大气，太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方
向；而在太空中的真空环境下，光不再散射，只向前传播．
2．光电效应与康普顿效应研究问题的角度有何不同？
【提示】 光电效应应用于电子吸收光子的问题，而康普顿效应应用于讨
论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．
1．对康普顿效应的理解 (1)实验现象 X 射线管发出波长为 λ0 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．
图 431
【解析】
因光子与电子在碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电
子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子运动的方向可能 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 ε＝hν 知，频率变小，再根据 c＝λν 知，波长变长．
【答案】 1 变长
粒子性的一面，为光子说光子不仅具有能量，也具有动量．(√) 2．康普顿效应进一步说明光具有粒子性．(√) 3．光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．(×) 4．光子发生散射后，其波长变大．(√)
[后思考] 1．太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各 处都是亮的；宇航员在太空中尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑 的．为什么？
(2) 少量或个别光子容易显示出光 (2)光子不同于宏观观念 的粒子性 (3)波长短的光，粒子性显著 的粒子