课堂新坐标高中物理第2章波粒二象性第3节康普顿效应及其解释第4节光的波粒二象性课件粤教版选修3501
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第十二页，共26页。
光的波粒二象性
[先填空] 1．光的波粒二象性的本质 (1)光的干衍涉和射(g(āynǎsn实hsèh验)è)表明，光是一种电磁波，具有波动性． 光电效应(2(ɡ) uānɡ diàn和康xià普o y顿ìn效g)应则表明，光在与物体相互作用时，是以一个个 光子的形式出现的，具有粒子性． (3)光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整地描 述光所有的 性质，这种性质称为波粒二象性．
【答案】 1 长
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2．假如一个光子与一个静止的电子碰撞，光子并没有被吸收，只是被电子 反弹回来，散射光子的频率与原来光子的频率相比哪个大？为什么？
【解析】 碰撞后光子动量减小，而 p＝hλ，所以波长变大，又由 c＝λν 知 ν 变小．
【答案】 见解析
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1．康普顿提出的理论与实验结果相符，从而进一步说明了光具有粒子性． 2．产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 γ 射线入射时，产生康普顿效应；当波长较长的可见光或紫外线入射时，主要 产生光电效应．
【答案】 ACE
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1．光既有波动性又有粒子性，二者是统一的． 2．光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已． 3．光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已．
第二十六页，共26页。
第五页，共26页。
1．经典解释(电磁波的解释) 单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方 向辐射同频率的电磁波． 经典理论可以解释频率不变的一般散射，但对康普顿效应不能作出合理解 释．
第六页，共26页。
2．光子理论解释 在 X 射线散射现象中，假定 X 射线光子与电子发生完全弹性碰撞，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 ε＝hν，而且还有动量．相对 X 射线光子的能量，物质中电子的能 量是很小的，电子可以近似看做是静止的．如图 2-4-1 所示，这个光子与静止的 电子发生弹性碰撞，碰撞过程中光子和电子的总能量守恒，总动量也守恒，光 子把部分能量转移给了电子，能量由 hν 减小为 hν′，因此频率减小，波长变长．同 时，光子要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小，从 p＝hλ看，动量 p 减小也意味着波长 λ 变大，因此有些光子散射后波长变长了．
第十五页，共26页。
[后思考] 曾有一位记者向物理学家诺贝尔奖获得者布拉格请教：光是波还是粒子？ 你是如何理解的？你想知道布拉格是如何回答的吗？同学们可以上网查找相关 资料． 【提示】 光既不同于宏观观念的粒子，也不同于宏观观念的波，但光既 具有粒子性又具有波动性，粒子性和波动性都是光本身的属性．
第二十一页，共26页。
【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．C、D、E 正确，A、B 错误．
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[再判断] 1．散射光波长的变化，是入射光与物质中的自由电子发生碰撞的结果．(√) 2．光子与电子作用过程中，总能量、总动量均守恒．(√) 3．光的电磁理论能够解释康普顿效应．(×)
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[后思考] 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？ 【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．
知
识
点
学
一
业
第三节 康普顿效应及其解释
( x
u
é
第四节 光的波粒二象性
y è)
分
层
知
测
识
评
点
二
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学习目标
1.了解康普顿效应，知 道康普顿效应进一步 证明了光的粒子性．(重 点) 2．理解光的波粒二象 性，知道光是一种概率 波．(难点)
知识脉络
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康普顿效应及其解释
[先填空] 1．康普顿效应：用光照射物体时，散射出来的光的波长会 变长的现象，称 为康普顿效应． 2．光子的动量：p＝hλ
【答案】 CDE
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4．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 D．光电效应说明光具有粒子性 E．波粒二象性是光的属性
第二十三页，共26页。
5．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．光在传播时波动性显著，而与物质相互作用时粒子性显著 D．高频光是粒子，低频光是波 E．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
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1．光的粒子性的含义 粒子的含义是“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)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质． (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．
第十七页，共26页。
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、粒子性都是光的本身属性，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行为．
【答案】 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．光在传播时波动性显著，而与物质相互作用时粒子性显著 D．高频光是粒子，低频光是波 E．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
第十四页，共26页。
[再判断] 1．波动性不是每一个光子的属性．(×) 2．在双缝干涉实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点上．概 率大的地方落下的光子多，形成亮纹．(√) 3．单个光子运动具有偶然性，大量光子运动符合统计规律，概率波体现了 波粒二象性的和谐统一．(√) 4．描述光性质的最恰当的语言是概率波．(√)
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2．概率波 在光的干涉实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点上．概 率大的地方落下的光子(g，u形ān成g亮zǐ)纹多；概率小的地方落光下子的(guāng，z形ǐ)少成暗纹．所 以，干涉条纹是光子落在感光片上各点概的率(gà分ilǜ布) 的反映．这种概率分布就好 像波干涉时强度的分布．从这个意义上讲，有人把对光的描述说成是概率波．
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3．下列说法正确的是( ) 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．光子和电子是不同的两种粒子，但都具有波粒二象性 D．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 E．γ 射线的波长较短，粒子性较显著
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【解析】 光同时具有波粒二象性，只不过在有的情况下波动性显著，有 的情况下粒子性显著，光的波长越长，越容易观察到其波动特性．光子不同于 一般的实物粒子，它没有静止质量，是一个个的能量团，是光的能量的最小单 位．选项 C、D、E 正确．
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图 2-4-1
第八页，共26页。
1．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图 2-4-2 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(选填 “1”或“2”或“3”)，且波长变________．
图 2-4-2
第九页，共26页。
【解析】 康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具 有动量的假设．光子和电子、质子这样的实物粒子一样，不仅具有能量，也具 有动量，碰撞过程中能量守恒，动量也守恒．根据动量守恒，碰后光子不可能 沿 2、3 方向，根据能量守恒，在散射波中，除了原波长的波以外，还出现波长 增大的波．
第二十四页，共26页。
【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，E 正确；大量光子的效果往往表现出波动性，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 C 正确；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著， D 错误．
光的波粒二象性
[先填空] 1．光的波粒二象性的本质 (1)光的干衍涉和射(g(āynǎsn实hsèh验)è)表明，光是一种电磁波，具有波动性． 光电效应(2(ɡ) uānɡ diàn和康xià普o y顿ìn效g)应则表明，光在与物体相互作用时，是以一个个 光子的形式出现的，具有粒子性． (3)光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整地描 述光所有的 性质，这种性质称为波粒二象性．
【答案】 1 长
第十页，共26页。
2．假如一个光子与一个静止的电子碰撞，光子并没有被吸收，只是被电子 反弹回来，散射光子的频率与原来光子的频率相比哪个大？为什么？
【解析】 碰撞后光子动量减小，而 p＝hλ，所以波长变大，又由 c＝λν 知 ν 变小．
【答案】 见解析
第十一页，共26页。
1．康普顿提出的理论与实验结果相符，从而进一步说明了光具有粒子性． 2．产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 γ 射线入射时，产生康普顿效应；当波长较长的可见光或紫外线入射时，主要 产生光电效应．
【答案】 ACE
第二十五页，共26页。
1．光既有波动性又有粒子性，二者是统一的． 2．光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已． 3．光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已．
第二十六页，共26页。
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1．经典解释(电磁波的解释) 单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方 向辐射同频率的电磁波． 经典理论可以解释频率不变的一般散射，但对康普顿效应不能作出合理解 释．
第六页，共26页。
2．光子理论解释 在 X 射线散射现象中，假定 X 射线光子与电子发生完全弹性碰撞，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 ε＝hν，而且还有动量．相对 X 射线光子的能量，物质中电子的能 量是很小的，电子可以近似看做是静止的．如图 2-4-1 所示，这个光子与静止的 电子发生弹性碰撞，碰撞过程中光子和电子的总能量守恒，总动量也守恒，光 子把部分能量转移给了电子，能量由 hν 减小为 hν′，因此频率减小，波长变长．同 时，光子要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小，从 p＝hλ看，动量 p 减小也意味着波长 λ 变大，因此有些光子散射后波长变长了．
第十五页，共26页。
[后思考] 曾有一位记者向物理学家诺贝尔奖获得者布拉格请教：光是波还是粒子？ 你是如何理解的？你想知道布拉格是如何回答的吗？同学们可以上网查找相关 资料． 【提示】 光既不同于宏观观念的粒子，也不同于宏观观念的波，但光既 具有粒子性又具有波动性，粒子性和波动性都是光本身的属性．
第二十一页，共26页。
【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．C、D、E 正确，A、B 错误．
第三页，共26页。
[再判断] 1．散射光波长的变化，是入射光与物质中的自由电子发生碰撞的结果．(√) 2．光子与电子作用过程中，总能量、总动量均守恒．(√) 3．光的电磁理论能够解释康普顿效应．(×)
第四页，共26页。
[后思考] 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？ 【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．
知
识
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第三节 康普顿效应及其解释
( x
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第四节 光的波粒二象性
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分
层
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识
评
点
二
第一页，共26页。
学习目标
1.了解康普顿效应，知 道康普顿效应进一步 证明了光的粒子性．(重 点) 2．理解光的波粒二象 性，知道光是一种概率 波．(难点)
知识脉络
第二页，共26页。
康普顿效应及其解释
[先填空] 1．康普顿效应：用光照射物体时，散射出来的光的波长会 变长的现象，称 为康普顿效应． 2．光子的动量：p＝hλ
【答案】 CDE
第二十页，共26页。
4．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 D．光电效应说明光具有粒子性 E．波粒二象性是光的属性
第二十三页，共26页。
5．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．光在传播时波动性显著，而与物质相互作用时粒子性显著 D．高频光是粒子，低频光是波 E．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
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1．光的粒子性的含义 粒子的含义是“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)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质． (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．
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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、粒子性都是光的本身属性，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行为．
【答案】 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．光在传播时波动性显著，而与物质相互作用时粒子性显著 D．高频光是粒子，低频光是波 E．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
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[再判断] 1．波动性不是每一个光子的属性．(×) 2．在双缝干涉实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点上．概 率大的地方落下的光子多，形成亮纹．(√) 3．单个光子运动具有偶然性，大量光子运动符合统计规律，概率波体现了 波粒二象性的和谐统一．(√) 4．描述光性质的最恰当的语言是概率波．(√)
第十三页，共26页。
2．概率波 在光的干涉实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点上．概 率大的地方落下的光子(g，u形ān成g亮zǐ)纹多；概率小的地方落光下子的(guāng，z形ǐ)少成暗纹．所 以，干涉条纹是光子落在感光片上各点概的率(gà分ilǜ布) 的反映．这种概率分布就好 像波干涉时强度的分布．从这个意义上讲，有人把对光的描述说成是概率波．
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3．下列说法正确的是( ) 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．光子和电子是不同的两种粒子，但都具有波粒二象性 D．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 E．γ 射线的波长较短，粒子性较显著
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【解析】 光同时具有波粒二象性，只不过在有的情况下波动性显著，有 的情况下粒子性显著，光的波长越长，越容易观察到其波动特性．光子不同于 一般的实物粒子，它没有静止质量，是一个个的能量团，是光的能量的最小单 位．选项 C、D、E 正确．
第七页，共26页。
图 2-4-1
第八页，共26页。
1．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图 2-4-2 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(选填 “1”或“2”或“3”)，且波长变________．
图 2-4-2
第九页，共26页。
【解析】 康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具 有动量的假设．光子和电子、质子这样的实物粒子一样，不仅具有能量，也具 有动量，碰撞过程中能量守恒，动量也守恒．根据动量守恒，碰后光子不可能 沿 2、3 方向，根据能量守恒，在散射波中，除了原波长的波以外，还出现波长 增大的波．
第二十四页，共26页。
【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，E 正确；大量光子的效果往往表现出波动性，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 C 正确；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著， D 错误．