新课标粤教版3-5选修三2.3《康普顿效应及其解释》WORD教案2
高中物理 第二章 波粒二象性 2.3 康普顿效应及其解释 2.4 光的波粒二象性教学案 粤教版选修35
第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性[目标定位] 1.了解康普顿效应及其意义.2.知道光的波粒二象性并会分析有关现象.3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波．一、康普顿效应及其解释1．康普顿效应(1)用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象后来称为康普顿效应．(2)光子的能量为ε＝hν，光子的动量为p＝hλ.2．康普顿对散射光波长变化的解释(1)散射光波长的变化，是入射光子与物质中的电子发生碰撞的结果．(2)物质中电子的动能比入射光子的能量小很多，电子可以看做是静止的．(3)光子与电子作用过程中，总能量、总动量均守恒．(4)光子因与电子相碰，有一部分能量和动量给了电子，光子的能量和动量均减小了，这样，散射光的波长也就变长了．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，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性的本质(1)双缝干涉实验装置如图1所示．图1(2)实验要求：降低光源S的强度，直到入射光减弱到没有两个光子同时存在的程度．(3)实验结果：①短时间，感光片上呈现杂乱分布的亮点．②较长时间，感光片上呈现模糊的亮纹．③长时间，感光片上形成清晰的干涉图样．(4)实验结论：光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象性．2．概率波(1)对干涉实验中明暗条纹的解释每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点，概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹．(2)光波是一种概率波，干涉条纹是光子在感光片上各点概率分布的反映．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中一、康普顿效应1．实验结果1918年～1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线．人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应．2．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，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．如图2所示．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，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，波长增大．同时，光子还使电子获得一定的动量．这样就圆满地解释了康普顿效应．图2【例1】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图3给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向____________运动，并且波长________(选填“不变”、“变短”或“变长”)．图3答案 1 变长解析根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向运动，由于动量变小，故波长应变长．针对训练在康普顿效应中，光子与电子发生碰撞后，关于散射光子的波长，下列说法正确的是( )A．一定变长B．一定变短C．可能变长，也可能变短D．决定于电子的运动状态答案 A解析因为光子入射的能量很大，比电子的能量要大得多，碰撞时，动量和能量都守恒，碰后一定是电子的动能增加，光子的能量减少，所以散射光子的波长一定变长，选项A正确．二、对光的波粒二象性的理解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表现出波动性，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．借题发挥解答此类问题的关键是要理解以下知识要点：(1)光是一种波，同时也是一种粒子，也就是说光具有波粒二象性；(2)光的波动性在光的传播过程中体现出来，具有一定的波长和频率，能够发生干涉和衍射现象；(3)光的粒子性在它与物质的相互作用时体现出来，光子具有一定的能量(ε＝hν)和动量(p＝hλ)．三、对光是概率波的理解1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的．2．大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波．【例3】(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．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大答案CD解析根据光波是概率波的概念，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．当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确.对康普顿效应的理解1．关于康普顿效应，下列说法不正确的是( )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γ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答案 A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．2．一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来入射时相比( ) A．散射光子的能量减少B．光子的能量增加，频率也增大C．速度减小D．波长减小答案 A解析由于光子既具有能量，也具有动量，因此在碰撞过程中遵循能量守恒定律，所以光子能量减少，频率减小，波长增大．对光的波粒二象性的理解3．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；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．故选项C正确，A、B、D错误．4．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 答案 C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．(时间：60分钟)题组一 康普顿效应1．白天的天空各处都是亮的，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 ．波长变长答案 D解析 光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量均增加，所以光子的动量、能量减小，故C 错误；由λ＝hp、ε＝h ν可知光子频率变小，波长变长，故A 错误、D 正确；由于光子速度是不变的，故B 错误．2．光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程，对此下列说法正确的是( )A ．两种效应中电子与光子组成的系统都服从动量守恒定律和能量守恒定律B ．两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程C ．两种效应都属于吸收光子的过程D ．光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应相当于光子和电子弹性碰撞的过程 答案 D解析 光电效应吸收光子放出电子，其过程能量守恒，但动量不守恒，康普顿效应相当于光子与电子弹性碰撞的过程，并且遵守动量守恒定律和能量守恒定律，两种效应都说明光具有粒子性．故D 正确．3．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( )A．能量守恒，动量不守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′答案 C解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界，也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律．光子与电子碰撞前光子的能量ε＝hν＝h cλ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h cλ′，由ε＞ε′可知λ＜λ′，选项C正确．题组二光的波粒二象性4．(多选)说明光具有粒子性的现象是( )A．光电效应B．光的干涉C．光的衍射D．康普顿效应答案AD5．(多选)关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是( )A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B．光电效应现象说明了光的粒子性C．光波不同于机械波，它是一种概率波D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一答案BC解析爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在一定条件下光是体现粒子性的，A错；光电效应说明光具有粒子性，说明光的能量是一份一份的，B对；光子在少量的情况下表现粒子性，大量的情况下表现波动性，所以C对；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，D错．6．下列现象能说明光具有波粒二象性的是( )A．光的色散和光的干涉B．光的干涉和光的衍射C．光的反射和光电效应D．泊松亮斑和光电效应答案 D解析光的色散、光的反射可以从波动性和粒子性两方面分别予以理解，故A、C选项错误．光的干涉、衍射现象只说明光的波动性，B选项错误．泊松亮斑能说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故D选项正确．7．关于光的本性，下列说法正确的是( )A．波动性和粒子性是相互矛盾和对立的，因此光具有波粒二象性是不可能的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子具有波动性，个别光子具有粒子性D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性答案 C解析由光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的．但是不同于宏观的机械波和宏观粒子，波动性和粒子性是光在不同情况下的表现，是同一客观事物的两个侧面．我们无法用一种学说去解释光的所有行为，只能认为光具有波粒二象性．实际上光是一种概率波，即少数光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性，综上所述选项C正确．8．(多选)关于光的性质，下列叙述中正确的是( )A．在其他同等条件下，光的频率越高，衍射现象越容易看到B．频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显著C．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性D．如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向做极有规则的匀速直线运动答案BC解析光具有波粒二象性，频率越高，粒子性越显著；少量光子表现出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的．9．(多选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是( )A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性答案AD10．(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是( )A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性D．个别光子的运动显示光的粒子性，光只有波动性没有粒性答案AC解析光的波动性是统计规律的结果，对个别光子我们无法判断它落到哪个位置；对于大量光子遵循统计规律即大量光子的运动或曝光时间足够长，显示出光的波动性．11．(多选)关于光的波粒二象性，正确的说法是( )A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性答案ABD解析光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越明显，反之波动性越明显，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性，故选项A、B、D正确．12．(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是( )A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性答案BCD解析牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，A错；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确．。
高中物理粤教版选修3-5课件：第2章 第3节 康普顿效应及其解释+第4节 光的波粒二象性
光的波粒二象性
[先填空] 1．光的波粒二象性的本质 (1)光的干涉 和 衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性． (2) 光电效应和康普顿效应则表明，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．
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
【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
[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．(×)
[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？
知 识 点 一
第三节 第四节
知 识 点 二
康普顿效应及其解释 光的波粒二象性
学 业 分 层 测 评
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
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． h 2．光子的动量：p＝ λ
【答案】 1 长
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？
粤教版高中物理选修3-5 2.3康普顿效应及解释_学案
康普顿效应及其解释【学习目标】1．了解什么是康普顿效应。
2．了解康普顿效应的解释。
3．了解光子具有动量，并了解光子动量的表达式。
【学习重难点】了解康普顿效应的解释。
【学习过程】知识要点一、康普顿效应光在介质中与微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。
美国物理学家_________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_________效应。
康普顿的学生，中国留学生吴有训测试了多种物质对X射线的散射，证实了康普顿效应的普遍性。
二、康普顿效应的解释按照经典光的电磁理论，光波波长在散射前后应该不变。
可见，光的电磁理论在解释康普顿效应时，再次遇到了困难（在光电效应中也遇到了困难）。
康普顿用_______提出的光子概念十分成功地解释了这种效应。
他的基本思想是，X射线的光子不仅具有能量，也像其他粒子一样具有动量，X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，求解这些方程，可以得出散射光波长的λ，理论结果与实验符合得很好。
康普顿因此获得了1927年的诺贝尔物理学奖。
________效应和________效应深入地揭示了光的粒子性的一面。
前者表明了光子具有能量，后者表明了光子除了能量之外还具有______。
三、光子的动量在狭义相对论中，一定的质量m与一定的能量E相对应：E=mc2。
一个光子的能量是hν，所以光子的质量是：m＝________ 根据动量的定义p=mv，可得光子的动量是：p＝___________ 。
所以光子的动量为：p＝__________在康普顿效应中，入射的光子与晶体中的电子发生碰撞，把一部分动量转移给了电子，因而光子动量______，从p=h/λ得知，动量p减小意味着波长λ______，因此有些光子散射后波长变大。
按照能量表达式ε=hν和动量表达式p=h/λ对康普顿效应做定量分析，其结论与实验事实符合得很好。
2024-2025学年高中物理第2章第3节康普顿效应及其解释第4节光的波粒二象性教案粤教版选修3-5
简要回顾上节课学习的物理知识，帮助学生建立知识之间的联系。
提出问题，检查学生对旧知的掌握情况，为康普顿效应和光的波粒二象性新课学习打下基础。
（三）新课呈现（预计用时：25分钟）
知识讲解：
清晰、准确地讲解康普顿效应和光的波粒二象性的知识点，结合实例帮助学生理解。
突出教学重点，强调难点，通过对比、归纳等方法帮助学生加深记忆。
2.设计一些实验操作题，要求学生根据实验原理和步骤，设计实验方案，以培养学生的实验操作能力和创新思维。
3.布置一些思考题，要求学生分析康普顿效应和光的波粒二象性在实际生活中的应用，以提高学生的实际应用能力和创新意识。
4.布置一些小组合作作业，要求学生分工合作，共同完成任务，以培养学生的团队协作能力和沟通能力。
本节课的教学对象为高中物理选修3-5的学生，他们已经掌握了基本的物理知识和一定的实验技能。在教学过程中，需要引导学生通过观察实验现象，分析问题，推理得出结论，从而提高他们的科学素养和解决问题的能力。
教学目标：
1.了解康普顿效应的实验现象、原因及其意义。
2.理解光的波粒二象性的概念，并能解释相关实验现象。
5.对于学生在作业中表现出的创新思维和实际应用能力，给予肯定和表扬，鼓励学生继续努力。
6.对于学生在作业中出现的团队合作问题，给予指导和建议，帮助学生提高团队协作能力。
作业反馈：
1.对学生的作业进行及时批改，检查学生的答题情况，了解学生对知识点的掌握程度。
2.对于学生的错误答案，及时指出错误所在，给出正确的答案和解释，帮助学生理解并改正错误。
3.对于学生的优秀作业，给予表扬和鼓励，以激发学生的学习积极性和自信心。
4.对于学生在作业中提出的问题，及时给予解答，帮助学生解决疑惑。
新课标粤教版35选修三《康普顿效应及其解释》WORD教案2
新课标粤教版35选修三《康普顿效应及其解释》WORD 教案2【学习目标】（1）了解什么是康普顿效应。
（2）明白光子是具有动量的，并了解光子动量的表达式。
（3）了解康普顿效应用光的电磁理论说明遇到的困难，了解康普顿是如何说明康普顿效应的。
【学习重点】康普顿效应及其说明【自主学习】1、用X 射线照耀物体时，一部分散射出来的X 射线的波长会 ，那个现象称为康普顿效应。
2、按经典电磁理论，散射前后光的频率 ，因而散射光的波长与入射光的波长 ，不应该显现波长 的散射光。
3、光子不仅具有能量，其表达式为 ，还具有 ，其表达式为 。
4、一个光子与静止的电子（电子的速度相对光速而言能够忽略不计）发生弹性碰撞，光子把部分能量转移给了电子，能量由h ν减小为h ν’，因此频率 ，波长 ，同时刻子还使电子获得一定的 。
5、X 射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守 定律和 定律。
【知识要点】康普顿效应（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，这种现象叫做光的散射。
（2）康普顿效应1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发觉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。
例题1：频率为v 的光子，具有的能量为hv ，将那个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原先的运动方向，这种现象称为光的散射，散射后的光子（ ）A 虽改变原先的运动方向，但频率保持不变；B 光子将从电子处获得能量，因而频率将增大；C 散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反；D 由于电子受到碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率（3）康普顿散射的实验装置与规律：按经典电磁理论：假如入射X 光是某种波长的电磁波，散射光的波长是可不能改变的！散射中显现0λλ≠的现象，称为康普顿散射。
康普顿散射曲线的特点：① 除原波长0λ外显现了移向长波方向的新的散射波长λ② 新波长λ随散射角的增大而增大。
粤教版高二物理选修3-5讲学案：2.3康普顿效应及解释(无答案)
2、3 康普顿效应及其解释 讲学案高二级 班 姓名 座号 周次 星期一、学习目标:1、知道康普顿效应现象，2、知道光子动量的表达式。
二、复习检测:1．对光电效应的解释正确的是( )①金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光电子，它积累的动能足够大时，就能逸出金属 ②如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服表面的引力要做的最小功，光电子便不能逸出来，即光电效应便不能发生了③发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，发射的光电子的最大初动能就越大④由于不同的金属逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同A ．①④B ．①②④C ．②④D ．②③④2．用波长为2.0×10－7 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J ．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s ，结果取两位有效数字)( )A ．5.5×1014 HzB ．7.9×1014 HzC ．9.8×1014 HzD ．1.2×1015 Hz1．X 射线的波长会 ，这个现象称为康普顿效应．2．按照经典电磁理论，散射前后光的频率 ，因而散射光的波长与入射光的波长 ，不应该出现波长 的散射光．3．光子不仅具有能量，其表达式为 ，还具有 ，其表达式为p ＝h λ. 4．一个光子与静止的电子(电子的速度相对光速而言可以忽略不计)发生弹性碰撞，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 ，波长 ，同时光子还使电子获得一定的5．X 射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守 定律和 定律． 典题：1、科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( )A ．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B ．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C ．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′D ．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′2、频率为ν的光子，具有的能量为hν，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射．散射后的光子( )A ．虽改变原来的运动方向，但频率保持不变B ．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大C ．散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反D ．由于电子受到碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率四、巩固练习1．爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子假说．从科学研究的方法来说，这属于( )A ．等效替代B ．控制变量D ．数学归纳 D ．科学假说2．(多选)光同时具有波及粒子的性质，其粒子性可由( )A ．光的干涉现象看出B ．光的衍射现象看出C ．光电效应看出D ．康普顿效应看出五、课堂小结（略）(1)光子不仅具有能量，也具有动量，其表达式分别为ε＝hν，p ＝h λ. (2)光子动量p ＝h λ的理解：由质能方程ε＝mc 2和ε＝hν可得光子质量m ＝hνc 2，故由动量的定义式p ＝mc ＝hνc 2·c ＝h νc ＝h λ. 六、作业1、求波长为0.35 nm 的X 射线光子的能量和动量大小．(已知h ＝6.63×10－34 J·s)2、若一个光子的能量等于一个电子的静能量，试问该光子的动量和波长是多少？在电磁波谱中它属于何种射线？。
最新-2021秋高中物理粤教版选修35课件：2324康普顿效应及其解释 光的波粒二象性 精品
(3)波长越长的光越易表
现出波动性
一
二
三
知识精要
思考探究
典题例解
迁移应用
续表
实验
表现
说明
基础
光电 (1)当光同物质发生作用
效
时,这种作用是“一份一份” (1)粒子的含义是“不连
光的
应、 进行的,表现出粒子的性
续”“一份一份”的.
粒
康普 质.
(2)光子不同于宏观概念
子性
顿
(2)少量或个别光子清楚地 的粒子
普顿效应表明光具有粒子性.即光具有波粒二象性.
2.光子的能量和动量
ℎ
能量表达式:ε=hν,动量表达式:p= .
3.h的意义
能量和动量是描述物质的粒子性的重要物理量,波长和频率是描
述物质的波动性的典型物理量,表达式中左边是粒子性、右边是波
动性,是h起了重要作用,架起了波动性和粒子性的桥梁.
一
二
三
知识精要
思考探究
典题例解
迁移应用
光子说是如何对康普顿效应进行解释的?
答案: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,如图所示.这个光子与静止的电
子发生弹性斜碰,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,波长增大.同时,光子还使电子获得一定的动量.
一
二
三
知识精要
思考探究
典题例解
迁移应用
【例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
2020粤教版高中物理选修(3-5)第2章《波粒二象性》第三节 康普顿效应及其解释 第四节 光的波粒二象性
守恒、能量守恒．电子碰前可认为是静止的，碰后获得了 一定的动量和能量，碰后光子的动量、能量减少，散射光的波 长变长．
康普顿效应再次证明了爱因斯坦光子假说的正确性．它不
仅证明了光子具有能量，同时还证明了光子具有动量．
栏 目
链
如果按照经典电磁理论，入射波引起物质中电子的振动， 接
这种振动频率必然与入射波的频率相同，从而引起的散射波也
应该与入射波的频率相同，而散射前后的介质相同，所以散射
前后波长也就不变．因此康普顿效应说明了光具有粒子性．
例1 求波长为0.35 nm的X射线光子的能量和动量大 小．(已知h＝6.63×10－34 J·s)
解析：波长为 0.35 nm 的 X 射线光子的能量为
栏
ε＝hν＝hλc＝6.63×0.1305－×341×0－39×108 J＝5.68×10－16 J1
的所有性质．
6．光既有__波__动____性，又有___粒__子___性，我们把光的 这种性质叫做光的___波__粒__二_．象性
7．干涉条纹是光子在感光片上各点的__概__率____分布的
反映．这种____概__率__分布就好像____波__的__强__度__的分布，称光
栏 目
波是一种概率波．
链 接
2．按照经典电磁理论，散射前后光的频率__不__变__，因而
栏
散
射
光
的
波
长
与
入
射
光
的
波
长
__相__等____
，不
应该
出现
波长
目 链
接
___变__长___的散射光．
3．光子不仅具有能量，其表达式为ε_＝__h_ν____，还具有
2019-2020学年粤教版物理选修3-5新素养学案：第二章第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性 Word版
第三节 康普顿效应及其解释第四节 光的波粒二象性1.了解康普顿效应及其意义．2.知道光具有波粒二象性，区分光的波动性和粒子性．3．知道光波是概率波．一、康普顿效应1．康普顿效应用X 射线照射物体时，一部分散射出来的X 射线的波长会变长，这个现象称为康普顿效应．按照光的电磁理论，光波波长在散射前后应该不变，光的电磁理论再次遇到了困难． 2．光子的动量 光电效应揭示出光的粒子性，每个光子携带的能量为ε＝h ν，爱因斯坦进一步提出光子的动量应为p ＝h λ，式中λ为光波的波长． 3．康普顿效应的意义(1)证明了爱因斯坦光子假说的正确性．(2)证明了光子具有能量．(3)证明了光子具有动量．康普顿效应说明了什么？为什么说康普顿效应反映了光子具有动量？ 提示：康普顿效应说明了光的粒子性．解释光子波长变化的问题时运用了能量守恒定律和动量守恒定律，理论与实验符合很好．二、光的波粒二象性的本质光既具有粒子性，又具有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整地描述光的所有性质，把这种性质称为波粒二象性．1．(1)光的干涉、洐射、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．( )提示：(1)√ (2)× (3)√三、概率波在光的双缝干涉实验中，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；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹，干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映．这种概率分布就好像波干涉时强度的分布，所以对光的描述说成是一种概率波．在光的量子化现象的领域中，描述光性质的最恰当的语言是概率波．2．(1)光波既是一种电磁波，又是一种概率波．()(2)概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，所以本质是一样的．()提示：(1)√(2)×对康普顿效应的理解1．经典物理的理论无法解释康普顿效应按照经典物理的理论，由于光是电磁振动的传播，入射光将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带电粒子受迫振动的频率，也就是入射光的频率．因此，散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应出现λ＞λ0的散射光．2．利用光子说解释康普顿效应假定X射线光子与电子发生弹性碰撞，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E＝hν，而且还有动量．如图所示．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把部分能量转移给了电子，光子能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大；同时，光子还使电子获得一定的动量．这样就圆满地解释了康普顿效应．康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．光电效应应用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．(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．康普顿效应现象说明光具有波动性B．康普顿效应现象说明光具有粒子性C．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少[解析]康普顿效应说明光具有粒子性，A项错误，B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，C项错误，D项正确．[答案]BD白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳散射的结果，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．假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后，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．波长变长解析：选D.光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后其动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由λ＝hp、E＝hν可知光子频率变小，波长变长，故D正确．由于光子速度是不变的，故B错误．人类对光本性的认识历程光的本性是什么？从牛顿的光的微粒说，到托马斯·杨和菲涅耳的光的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说，到爱因斯坦的光子说，人类对光的认识构成了一部科学史诗．微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性年代17世纪17世纪19世纪中期20世纪中期20世纪初代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦公认实验依据光的直线传播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波速光电效应、康普顿效应光既有波动现象，又有粒子特征内容要点光是一群弹性粒子光是一种机械波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性关于光的本性，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，光电效应说明光具有粒子性D．光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来[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．选项C正确、选项A、B、D错误．[答案] C(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是()A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉显示了光的波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性解析：选BCD.牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然选项A错误；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，选项B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等，认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，选项C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，选项D正确．对光的波粒二象性的理解1．光的粒子性的含义：粒子性的含义是“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)当光同其他物质发生作用时，表现出粒子性．(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．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、粒子性都是光的本质属性，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表现．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．关于对光的认识，下列说法正确的是()A．频率高的光是粒子，频率低的光是波B．光有时是波，有时是粒子C．光有时候表现出波动性，有时候表现出粒子性D．光既是宏观概念中的波，也是宏观概念中的粒子[思路点拨] 波动性和粒子性是微观粒子(包括光)具有的不可分割的两种固有属性，在不同情况下，一种属性起主要作用，该属性就表现出来或属性显著．但微观粒子的波动性和粒子性与宏观概念中的波和粒子是完全不同的．[解析]波动性和粒子性是光的两种属性，同时存在，A、B均错；光有时表现出波动性，有时表现出粒子性，C对；光与宏观中的波及粒子不相同，D错．[答案] C(多选)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是()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解析：选ABD.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说法正确；光的频率越高，能量越高，粒子性相对波动性越明显，B说法正确，C说法错误．[随堂检测]1．(多选)能说明光具有波粒二象性的实验是()A．光的干涉和衍射B．光的干涉和光电效应C．光的衍射和康普顿效应D．光电效应和康普顿效应解析：选BC.光的干涉和光的衍射说明光具有波动性，能说明光具有波粒二象性的是B、C.2．(多选)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 ．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D ．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性解析：选CD.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，A 错误；虽然光子和电子都是微观粒子，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，所以不能说光子和电子是同样的一种粒子，B 错误；波长长，容易发生干涉、衍射，波动性强，反之，波长短，光子能量大，粒子性强，C 正确；干涉、衍射是波特有的现象，光电效应说明光具有粒子性，D 正确．3．康普顿散射的主要特征是( )A ．散射光的波长与入射光的波长全然不同B ．散射光的波长有些与入射光的相同，但有些变短了，散射角的大小与散射波长无关C ．散射光的波长有些与入射光的相同，但也有变长的，也有变短的D ．散射光的波长有些与入射光的相同，有些散射光的波长比入射光的波长长些，且散射光波长的改变量与散射角的大小有关解析：选D.光子和电子相碰撞，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．散射角不同，能量减少情况不同，散射光的波长也有所不同．也有一部分光子与整个散射物的原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变，故只有选项D 正确．4．频率为ν的光子，具有的动量为hνc，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射．散射后的光子( )A ．虽改变原来的运动方向，但频率保持不变B ．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大C ．散射后光子的能量减小，因而光子的速度减小D ．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率解析：选D.由动量公式p ＝h λ，在康普顿效应中，当入射光子与电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小，波长变长，频率变小．而光的传播速度大小不变．5．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给电子，假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( )A ．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B ．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C ．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′D ．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′解析：选C.能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界，也适用于微观世界．光子与电子的碰撞过程也满足能量守恒，动量守恒，光子与电子相碰撞，把能量转移给电子导致能量减小，从而引起波长增大．[课时作业]一、单项选择题1．下列说法正确的是( )A ．康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明粒子具有波动性B ．爱因斯坦发现了光电效应现象，并且提出光子说，成功解释了光电效应现象C ．爱因斯坦的光电效应方程能够说明光子具有动量D ．康普顿效应表明光子只具有能量答案：A2．能够证明光具有波粒二象性的现象是( )A ．光的干涉、衍射现象和光电效应B ．光的反射与小孔成像C ．光的折射与偏振现象D ．光的干涉、衍射与光的色散解析：选A.选项B 中小孔成像说明光沿直线传播，选项C 、D 说明光的波动性．故选项A 正确．3．下列各种波是概率波的是( )A ．声波B ．无线电波C ．光波D ．水波解析：选C.声波、水波是机械波，A 、D 错误；电磁波是一种能量波，B 错误；由概率波的概念和光波的特点分析可以得知光波为概率波，故C 正确．4．在康普顿效应实验中，X 射线光子的动量为hνc.一个静止的C 原子吸收了一个X 射线光子后将( )A ．仍然静止B ．沿着光子原来运动的方向运动C ．沿光子运动的相反方向运动D ．可能向任何方向运动解析：选B.由动量守恒定律知，吸收了X 射线光子的原子与光子原来运动方向相同．故正确选项为B.5．下列说法正确的是()A．光的干涉和衍射说明光具有粒子性B．光的频率越大，波长越大C．光的波长越大，光子的能量越大D．光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s解析：选D.干涉和衍射是波特有的现象，故A错；波长的大小是由频率、波速决定的，B错；光子的能量由频率决定，所以C错；光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s，因此D 对．6．粒子源产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光．那么在荧光屏上将看到()A．只有两条亮纹B．有多条明暗相间的条纹C．没有亮纹D．只有一条亮纹解析：选B.由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动规律支配，对大量粒子运动到达屏上某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉条纹．故正确答案为B.7．物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验：在光屏处放上照相用的底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的亮点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果有下列认识，其中正确的是()A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的亮点，表现出光的波动性B．单个光子通过双缝后的落点可以预测C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方解析：选D.曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的亮点，表现出光的粒子性，选项A错误．单个光子通过双缝后的落点不可以预测，在某一位置出现的概率受波动规律支配，选项B错误．大量光子的行为才能表现出光的波动性，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，故选项C错误，D正确．二、多项选择题8．关于光的波动性和粒子性，以下说法正确的是()A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B．光电效应现象说明了光的粒子性C．光波不同于机械波，它是一种概率波D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一解析：选BC.光的电磁说是光的本质，而光子说是光在某些情况中的表现，不矛盾；光波是概率波，与机械波不同．故应选B、C.9．下列有关光的本性的说法，正确的是()A．经典物理学中的粒子在任意时刻有确定位置和速度以及时空中的确定轨道B．在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，那么光只通过一个缝时就显出粒子性C．光学中某些现象表明光具有波动性，而某些现象又表明光具有粒子性，说明光具有波粒二象性D．经典物理的粒子模型和波动模型在微观世界变成了波粒二象性模型解析：选ACD.经典物理学中的粒子在任意时刻有确定位置和速度以及时空中的确定轨道，所以A正确；经典的粒子模型和波动模型在微观世界变成了波粒二象性模型，选项D 正确；光具有波粒二象性，某些现象表明光具有波动性，而某些现象又表明光具有粒子性，一般说大量光子容易表现出波动性，个别光子容易表现出粒子性，选项B错误、C正确．10．下列叙述的情况正确的有()A．光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体一样B．光是波，与橡皮绳子上的波类似C．光是一种粒子，它和物质作用是“一份一份”进行的D．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)，可以用波动的规律来描述解析：选CD.光的粒子性说明光是一种粒子，但到达空间某位置的概率遵守波动规律，与宏观概念的粒子和波有着本质的不同，所以选项A、B错误，D正确．根据光电效应可知，光是一种粒子，光子与电子的作用是一对一的关系，所以选项C正确．11．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．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大解析：选CD.根据光是概率波的概念，可知一个光子通过单缝落在何处是不可确定的，但光子落在中央亮纹处的概率最大，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，只不过落在暗纹处的概率很小而已，故只有C、D正确．三、非选择题12．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图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”)．解析：根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向运动，由于动量变小，故波长应变长．答案：1 变长13．照相底片上的感光物质中的AgBr 分子在光照射下能分解，经冲洗后就被记录下来(这种现象称为“光化效应”，与光电效应类似，只有入射光光子的能量大于某一数值，才能发生)．已知分解一个AgBr 分子所需的最小能量约为1.0×10－19 J ，试探究分析这种照相底片感光的截止波长(即它能记录的光的最大波长值)．解析：E ＝h ν而c ＝νλ故λ＝hc E ＝6.63×10－34×3×1081.0×10－19 m ≈2.0×10－6 m. 答案：2.0×10－6 m。
2021_2022学年高中物理第2章第3节康普顿效应及其解释第4节光的波粒二象性教案粤教版选修3_5
第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性[学习目标] 1.了解康普顿效应现象．(重点)2.知道康普顿效应进一步说明了光的粒子性．(重点)3.了解光的波粒二象性及其对应统一的关系．(难点)4.知道光是一种概率波．(难点)一、康普顿效应及其解释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＝h λ二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性的本质(1)光的干预和衍射实验说明，光是一种电磁波，具有波动性．(2)光电效应和康普顿效应那么说明，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．2．概率波在光的干预实验中，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；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹．所以，干预条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映．这种概率分布就好似波干预时强度的分布．从这个意义上讲，有人把对光的描述说成是概率波．1．正误判断(正确的打“√〞，错误的打“×〞)(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)光的电磁理论能够解释康普顿效应．(×)(3)波动性不是每一个光子的属性．(×)(4)单个光子运动具有偶然性，大量光子运动符合统计规律，概率波表达了波粒二象性的和谐统一．(√)(5)描述光性质的最恰当的语言是概率波．(√)2．一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去．那么这个散射光子跟原来入射时相比( ) A．散射光子的能量减少B．光子的能量增加，频率也增大C．速度减小D．波长减小A [由于光子既具有能量，也具有动量，因此碰撞过程中遵循能量守恒定律．]3．关于光的本性，以下说法中正确的选项是 ( )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．光的干预、衍射现象说明光具有粒子性D．光电效应说明光具有粒子性D [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，D正确，A、B、C错误．]对康普顿效应的理解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．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，电子可以近似看作是静止的．如下图，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，光子把局部能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长变长．同时，光子要把一局部动量转移给电子，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．【例1】 (多项选择)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，除了有与入射波长λ0一样的成分外，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，以下说法正确的选项是( )A ．康普顿效应现象说明光具有波动性B ．康普顿效应现象说明光具有粒子性C ．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加D ．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少BD [康普顿用光子的模型成功地解释了康普顿效应，在散射过程中X 射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵循动量守恒定律和能量守恒定律，故B 、D 正确，A 、C 错误．]对康普顿效应的三点认识1．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．2．假定X 射线光子与电子发生弹性碰撞．光子和电子相碰撞时，光子有一局部能量传给电子，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．3．康普顿效应进一步提醒了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．1．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，那么碰撞过程中( )A ．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B ．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C ．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′D ．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′C [光子与电子碰撞过程中，能量守恒，动量也守恒，因光子撞击电子的过程中光子将一局部能量传递给电子，光子的能量减少，由E ＝hc λ可知，光子的波长增大，即λ′＞λ，故C 正确．]对光的波粒二象性的理解粒子的含义是“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．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)光的粒子性并不否认光的波动性，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．【例2】(多项选择)下面关于光的波粒二象性的说法中，正确的选项是( )A．光电效应现象说明光具有波粒二象性B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性D．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性BC [光电效应现象说明光具有粒子性，选项A错误；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，选项B正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，选项C正确；光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是统一的，选项D错误．]1．光既有波动性又有粒子性，二者是统一的．2．当光表现为波动性时，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已．3．当光表现为粒子性时，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已．2．(多项选择)以下说法正确的选项是( )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CD [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正确．]课堂小结知识脉络1.康普顿效应说明光具有粒子性．2．光的干预、衍射、偏振现象说明光具有波动性．3．光子的能量ε＝hν和动量p＝hλ是描述物质的粒子性的重要物理量，提醒了光的粒子性和波动性之间的密切关系.1．(多项选择)能说明光具有波粒二象性的实验是( )A．光的干预和衍射B．光的干预和光电效应C．光的衍射和康普顿效应D．光电效应和康普顿效应BC [光的干预和光的衍射只说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应只说明光具有粒子性，B、C正确．]2．光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明( )A．光是机械波，且可以携带信息B．光具有波动性，且可以携带信息C．光具有粒子性，但不可携带信息D．光具有波粒二象性，但不可携带信息B [光是一种电磁波，不是机械波，故A选项错误；光的衍射现象，说明光具有波动性，可以携带信息，故B选项正确，C、D选项错误．]3．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，而且具有动量．如下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，那么碰后光子( )A ．可能沿1方向，且波长变短B ．可能沿2方向，且波长变短C ．可能沿1方向，且波长变长D ．可能沿3方向，且波长变长C [因为光子与电子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碰前光子的方向一致，可见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，光子将一局部能量转移给电子，光子的能量减小，由E ＝hν＝hc λ知，波长变长．]个粒子源．产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光．那么在荧光屏上将看到什么现象？[解析] 由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动性支配，对大量粒子运动到达屏上的某点的概率，可以用波的特征进展描述，即产生双缝干预，在屏上将看到干预条纹．[答案] 有多条明暗相间的条纹。
高中物理 第2章 第3节 康普顿效应及其解释 第4节 光的波粒二象性教案 粤教版选修3-5-粤教版高
第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性[学习目标] 1.了解康普顿效应现象．(重点)2.知道康普顿效应进一步说明了光的粒子性．(重点)3.了解光的波粒二象性及其对应统一的关系．(难点)4.知道光是一种概率波．(难点)一、康普顿效应及其解释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＝h λ二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性的本质(1)光的干涉和衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性．(2)光电效应和康普顿效应则表明，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．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多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹．所以，干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映．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．1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(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)光的电磁理论能够解释康普顿效应．(×)(3)波动性不是每一个光子的属性．(×)(4)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．(√)(5)描述光性质的最恰当的语言是概率波．(√)2．一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去．则这个散射光子跟原来入射时相比( ) A．散射光子的能量减少B．光子的能量增加，频率也增大C．速度减小D．波长减小A [由于光子既具有能量，也具有动量，因此碰撞过程中遵循能量守恒定律．]3．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粒子性D．光电效应说明光具有粒子性D [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，D正确，A、B、C错误．]对康普顿效应的理解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．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，电子可以近似看作是静止的．如图所示，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．【例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，除了有与入射波长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，下列说法正确的是( )A．康普顿效应现象说明光具有波动性B．康普顿效应现象说明光具有粒子性C．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少BD [康普顿用光子的模型成功地解释了康普顿效应，在散射过程中X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵循动量守恒定律和能量守恒定律，故B、D正确，A、C错误．]对康普顿效应的三点认识1．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．2．假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．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．3．康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．1．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( ) A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′C [光子与电子碰撞过程中，能量守恒，动量也守恒，因光子撞击电子的过程中光子将一部分能量传递给电子，光子的能量减少，由E ＝hc λ可知，光子的波长增大，即λ′＞λ，故C 正确．]对光的波粒二象性的理解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．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．【例2】 (多选)下面关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A ．光电效应现象说明光具有波粒二象性B ．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著C ．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性D ．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性BC [光电效应现象说明光具有粒子性，选项A 错误；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，选项B 正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，选项C 正确；光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是统一的，选项D 错误．]1．光既有波动性又有粒子性，二者是统一的．2．当光表现为波动性时，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已．3．当光表现为粒子性时，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已．2．(多选)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CD [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正确．]课堂小结知识脉络1.康普顿效应说明光具有粒子性．2．光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．3．光子的能量ε＝hν和动量p＝hλ是描述物质的粒子性的重要物理量，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系.1．(多选)能说明光具有波粒二象性的实验是( )A．光的干涉和衍射B．光的干涉和光电效应C．光的衍射和康普顿效应D．光电效应和康普顿效应BC [光的干涉和光的衍射只说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应只说明光具有粒子性，B、C正确．]2．光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明( )A ．光是机械波，且可以携带信息B ．光具有波动性，且可以携带信息C ．光具有粒子性，但不可携带信息D ．光具有波粒二象性，但不可携带信息B [光是一种电磁波，不是机械波，故A 选项错误；光的衍射现象，说明光具有波动性，可以携带信息，故B 选项正确，C 、D 选项错误．]3．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，而且具有动量．如图所示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( )A ．可能沿1方向，且波长变短B ．可能沿2方向，且波长变短C ．可能沿1方向，且波长变长D ．可能沿3方向，且波长变长C [因为光子与电子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碰前光子的方向一致，可见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，光子的能量减小，由E ＝hν＝hc λ知，波长变长．]4.如图所示是一个粒子源．产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光．那么在荧光屏上将看到什么现象？[解析] 由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动性支配，对大量粒子运动到达屏上的某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉条纹．[答案] 有多条明暗相间的条纹。
高中创新设计物理粤教版选修3-5学案：2-32-4 康普顿效应及其解释 光的波粒二象性 Word版含解析
第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性[目标定位] 1.了解康普顿效应及其意义.2.知道光的波粒二象性并会分析有关现象.3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波．一、康普顿效应及其解释1．康普顿效应(1)用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象后来称为康普顿效应．(2)光子的能量为ε＝hν，光子的动量为p＝h λ.2．康普顿对散射光波长变化的解释(1)散射光波长的变化，是入射光子与物质中的电子发生碰撞的结果．(2)物质中电子的动能比入射光子的能量小很多，电子可以看做是静止的．(3)光子与电子作用过程中，总能量、总动量均守恒．(4)光子因与电子相碰，有一部分能量和动量给了电子，光子的能量和动量均减小了，这样，散射光的波长也就变长了．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，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性的本质(1)双缝干涉实验装置如图1所示．图1(2)实验要求：降低光源S的强度，直到入射光减弱到没有两个光子同时存在的程度．(3)实验结果：①短时间，感光片上呈现杂乱分布的亮点．②较长时间，感光片上呈现模糊的亮纹．③长时间，感光片上形成清晰的干涉图样．(4)实验结论：光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象性．2．概率波(1)对干涉实验中明暗条纹的解释每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点，概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹．(2)光波是一种概率波，干涉条纹是光子在感光片上各点概率分布的反映．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中一、康普顿效应1．实验结果1918年～1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线．人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应．2．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，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．如图2所示．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，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，波长增大．同时，光子还使电子获得一定的动量．这样就圆满地解释了康普顿效应．图2【例1】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图3给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向____________运动，并且波长________(选填“不变”、“变短”或“变长”)．图3答案1变长解析根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向运动，由于动量变小，故波长应变长．针对训练在康普顿效应中，光子与电子发生碰撞后，关于散射光子的波长，下列说法正确的是()A．一定变长B．一定变短C．可能变长，也可能变短D．决定于电子的运动状态答案 A解析因为光子入射的能量很大，比电子的能量要大得多，碰撞时，动量和能量都守恒，碰后一定是电子的动能增加，光子的能量减少，所以散射光子的波长一定变长，选项A正确．二、对光的波粒二象性的理解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表现出波动性，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．借题发挥解答此类问题的关键是要理解以下知识要点：(1)光是一种波，同时也是一种粒子，也就是说光具有波粒二象性；(2)光的波动性在光的传播过程中体现出来，具有一定的波长和频率，能够发生干涉和衍射现象；(3)光的粒子性在它与物质的相互作用时体现出来，光子具有一定的能量(ε＝hν)和动量(p＝h λ)．三、对光是概率波的理解1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的．2．大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波．【例3】(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．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大答案CD解析根据光波是概率波的概念，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．当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确.对康普顿效应的理解1．关于康普顿效应，下列说法不正确的是()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γ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答案 A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．2．一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来入射时相比()A．散射光子的能量减少B．光子的能量增加，频率也增大C．速度减小D．波长减小答案 A解析由于光子既具有能量，也具有动量，因此在碰撞过程中遵循能量守恒定律，所以光子能量减少，频率减小，波长增大．对光的波粒二象性的理解3．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；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．故选项C正确，A、B、D错误．4．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答案 C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．(时间：60分钟)题组一康普顿效应1．白天的天空各处都是亮的，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．波长变长答案 D解析光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量均增加，所以光子的动量、能量减小，故C错误；由λ＝h p、ε＝hν可知光子频率变小，波长变长，故A错误、D正确；由于光子速度是不变的，故B错误．2．光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程，对此下列说法正确的是()A．两种效应中电子与光子组成的系统都服从动量守恒定律和能量守恒定律B．两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程C．两种效应都属于吸收光子的过程D．光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应相当于光子和电子弹性碰撞的过程答案 D解析光电效应吸收光子放出电子，其过程能量守恒，但动量不守恒，康普顿效应相当于光子与电子弹性碰撞的过程，并且遵守动量守恒定律和能量守恒定律，两种效应都说明光具有粒子性．故D正确．3．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中()A．能量守恒，动量不守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′答案 C解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界，也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律．光子与电子碰撞前光子的能量ε＝hν＝h cλ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h cλ′，由ε＞ε′可知λ＜λ′，选项C正确．题组二光的波粒二象性4．(多选)说明光具有粒子性的现象是()A．光电效应B．光的干涉C．光的衍射D．康普顿效应答案AD5．(多选)关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是()A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B．光电效应现象说明了光的粒子性C．光波不同于机械波，它是一种概率波D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一答案BC解析爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在一定条件下光是体现粒子性的，A错；光电效应说明光具有粒子性，说明光的能量是一份一份的，B对；光子在少量的情况下表现粒子性，大量的情况下表现波动性，所以C对；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，D错．6．下列现象能说明光具有波粒二象性的是()A．光的色散和光的干涉B．光的干涉和光的衍射C．光的反射和光电效应D．泊松亮斑和光电效应答案 D解析光的色散、光的反射可以从波动性和粒子性两方面分别予以理解，故A、C选项错误．光的干涉、衍射现象只说明光的波动性，B选项错误．泊松亮斑能说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故D选项正确．7．关于光的本性，下列说法正确的是()A．波动性和粒子性是相互矛盾和对立的，因此光具有波粒二象性是不可能的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子具有波动性，个别光子具有粒子性D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性答案 C解析由光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的．但是不同于宏观的机械波和宏观粒子，波动性和粒子性是光在不同情况下的表现，是同一客观事物的两个侧面．我们无法用一种学说去解释光的所有行为，只能认为光具有波粒二象性．实际上光是一种概率波，即少数光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性，综上所述选项C正确．8．(多选)关于光的性质，下列叙述中正确的是()A．在其他同等条件下，光的频率越高，衍射现象越容易看到B．频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显著C．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性D．如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向做极有规则的匀速直线运动答案BC解析光具有波粒二象性，频率越高，粒子性越显著；少量光子表现出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的．9．(多选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是()A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性答案AD10．(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是()A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性D．个别光子的运动显示光的粒子性，光只有波动性没有粒性答案AC解析光的波动性是统计规律的结果，对个别光子我们无法判断它落到哪个位置；对于大量光子遵循统计规律即大量光子的运动或曝光时间足够长，显示出光的波动性．11．(多选)关于光的波粒二象性，正确的说法是()A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性答案ABD解析光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越明显，反之波动性越明显，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性，故选项A、B、D正确．12．(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是()A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性答案BCD解析牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，A错；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确．11。
高二物理学案 2.2 光子、2.3 康普顿效应及其解释 (粤教版选修3-5)
2.2 光子、2.3 康普顿效应及其解释 学案（粤教版选修3-5）1．能量子(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的________．即：能量的辐射或者吸收只能是____________．这个不可再分的最小能量值叫做________．(2)能量子大小为hν，其中ν是谐振子的振动频率，h 称为________常量．h ＝________________J·s.(3)能量的量子化在微观世界中微观粒子的能量是________的，或者说微观粒子的能量是______的．这种现象叫能量的量子化．2．光的能量是不连续的，而是____________的，每一份叫做一个光子，一个光子的能量为________．这就是爱因斯坦的光子说．3．要使物体内部的电子脱离离子的束缚而逸出表面，必须要对内部电子做一定的功，这个功称为________．在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的________，剩下的表现为逸出的光电子的____________，公式表示为____________________．4．康普顿效应(1)用X 射线照射物体时，散射出来的X 射线的波长会________，这种现象称为康普顿效应．(2)光电效应表明光子具有________，康普顿效应表明光子还具有________，两种效应深入地揭示了光的________性的一面．(3)光子的动量p ＝__________.在康普顿效应中，由于入射光子与物体中电子的碰撞，光子的动量______，因此波长______．【概念规律练】 知识点一 能量子1．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c ，普朗克常量为h ，则电磁波辐射的能量子ε的值为( )A ．h c λB.h λC.c hλD ．以上均不正确2．神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J 、波长λ为0.35 μm 的紫外激光，已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s ，则该紫外激光所含光子数为( )A ．2.1×1021个B ．4.2×1021个C ．2.1×1015个D ．4.2×1015个 知识点二 爱因斯坦光电效应方程3(普朗克常量h ＝6.6×10－34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s)( )A ．2种B ．3种C ．4种D ．5种4．某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为Ek ，则这种金属的逸出功和极限频率分别是( )A ．hν－E k ，ν－kE h B ．E k －hν，ν＋kE h C ．hν＋E k ，ν－kE h．E k ＋hν，ν＋kE h 知识点三 光子说对光电效应的解释5．(双选)对光电效应的理解正确的是( )A ．金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子，当它积累的能量足够大时，就能逸出B ．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C ．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D ．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同6．(双选)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0，则( ) A ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0C ．当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D ．当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 【方法技巧练】一、利用光电效应进行有关计算7．已知金属铯的逸出功为1.9 eV ，在光电效应实验中，要使铯表面发出光电子的最大初动能为1.0 eV ，入射光的波长应为____________ m.二、康普顿效应的分析8．白天的天空各处都是亮的，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9．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．图1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________(填“不变”、“变短”或“变长”)图1参考答案课前预习练1．(1)整数倍 一份一份的 能量子 (2)普朗克6．63×10－34 (3)量子化 分立 2．一份一份 ε＝hν3．逸出功 逸出功 最大初动能 hν＝12mv 2max ＋W4．(1)变长 (2)能量 动量 粒子 (3)hλ 变小 变大课堂探究练1．A [由光速、波长的关系可得出光的频率ν＝c λ，从而ε＝hν＝h cλ，故A 正确．]2．B3．A [要发生光电效应，入射光的能量要大于金属的逸出功，由题中数据可算出波长为400 nm 的光子能量为E ＝hν＝h cλ＝4.95×10－19 J ，大于铯和钙的逸出功．A 正确．]点评 发生光电效应的条件是入射光子能量ε>W 或者入射光频率ν大于极限频率ν0，所以本题既可以从能量角度(光子能量)分析，也可以从金属的极限频率角度分析．4．A5．BD [同一个电子是不可实现双光子吸收的，因同一个电子接收两个光子的时间间隔相当长，大约几千秒左右，而金属内电子的碰撞又是极其频繁的，两次碰撞的时间间隔只有10－15 s 左右．所以一个电子接收一个光子后如不能立即逃逸出金属表面，它来不及吸收第二个光子，原来吸收的能量就早已消耗殆尽了，可见电子吸收光子的能量是不能累加的，则A 错．不同金属内原子核对电子的束缚程度是不同的，因此电子逃逸出来克服原子核束缚力做功不同，若光子的能量E ＝hν小于使金属表面电子克服原子核引力逸出时所做功的最小值，那就不会有光电子逸出，即不会发生光电效应，可见要使某金属发生光电效应，入射光子能量有一个最小值E 0＝hν0，这就对应了一个极限频率，则B 对．同时注意到不同的金属，逸出功不同，则其产生光电效应的最低频率(即极限频率)不同，则D 对．如果光照射某金属能发生光电效应，那么，入射光越强说明每秒钟照射到金属表面单位面积上的光子数越多，这时产生的光电子数就越多，光电流就越大，但由于光子的能量是由光的频率决定的，E ＝hν与光子数的多少无关，所以，入射光的强度增大，但其频率不改变时，光子的能量也不会改变，这时每个电子吸收光子的能量也不会增加，逸出的光电子的最大初动能就不会改变，故C 错．]6．AB7．4.3×10－7解析 由爱因斯坦光电效应方程hν＝12mv 2max ＋W 得hν＝1.0 eV ＋1.9 eV ＝2.9 eV 又E ＝hν，c ＝λν所以λ＝hc E ＝6.63×10－34×3×1082.9×1.6×10－19m ＝4.3×10－7 m 8．D [光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，故C 错误；由λ＝hp 、E ＝hν可知光子频率变小，波长变长，故A 错误，D 正确；由于光子速度是不变的，故B 错误．]9．1 变长解析 因光子与电子的碰撞过程动量守恒，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E ＝hν知，频率变小，再根据c ＝λν知，波长变长．。
粤教版选修3-5 第2章第3、4节康普顿效应及其解释 光的波粒2象性 课堂练习 Word版含解析
1．(双选)能说明光具有波粒二象性的实验是( )A ．光的干涉和衍射B ．光的干涉和光电效应C ．光的衍射和康普顿效应D ．光电效应和康普顿效应解析：选BC.光的干涉和光的衍射说明光具有波动性，能说明光具有波粒二象性的是B 、C.2．(双选)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 ．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D ．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性解析：选CD.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，A 错误；虽然光子和电子都是微观粒子，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，所以不能说光子和电子是同样的一种粒子，B 错误；波长长，容易发生干涉、衍射，波动性强，反之，波长短，光子能量大，粒子性强，C 正确；干涉、衍射是波特有的现象，光电效应说明光具有粒子性，D 正确．3．(单选)频率为ν的光子，具有的动量为hνc，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射．散射后的光子( )A ．虽改变原来的运动方向，但频率保持不变B ．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大C ．散射后光子的能量减小，因而光子的速度减小D ．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率解析：选D.由动量公式p ＝h λ，在康普顿效应中，当入射光子与电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小，波长变长，频率变小．而光的传播速度大小不变．4．(双选)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 ．可能落在暗纹处D ．落在中央亮纹处的可能性最大解析：选CD.根据光是概率波的概念，可知一个光子通过单缝落在何处是不可确定的，但光子落在中央亮纹处的概率最大，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，只不过落在暗纹处的概率很小而已，故只有C 、D 正确．5．A 、B 两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为E A 、E B .求A 、B 两种光子的动量之比和该金属的逸出功．解析：光子能量ε＝hν，动量p ＝h λ，且ν＝c λ得p ＝εc，则p A ∶p B ＝2∶1 A 照射时，光电子的最大初动能E A ＝εA －W 0.同理，E B ＝εB －W 0解得W 0＝E A －2E B .答案：2∶1 E A －2E B1．(双选)关于裂变反应，下列说法中正确的是()A．用中子轰击铀核发生裂变，其一定分裂为质量差不多的两部分B．铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量C．铀核发生裂变时可能分裂成二、三或四部分D．所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应解析：选BC.用中子轰击235 92U和239 94Pu(钚)等少数几种重核元素才能发生裂变反应，发生裂变的原子核可能分裂为二部分、三部分或四部分，但产生两部分的概率很大，由此知B、C 正确．2．(单选)对于核反应方程21H＋31H→42He＋X，用c表示光速，下列说法正确的是() A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以c2解析：选D.由质量数守恒及电荷数守恒定律可得X为10n(中子)，再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积，故D正确．3．(单选)氘与氚发生聚变反应的方程式是21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，若有2 g氘和3 g氚全部发生聚变，N A为阿伏加德罗常数，则释放的能量是()A．N A×17.6 MeV B．5N A×17.6 MeVC．2N A×17.6 MeV D．3N A×17.6 MeV解析：选A.由核反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6 MeV能量和1个中子，则1 mol的氘和1 mol 氚全部聚变成1 mol氦核时释放的能量为ΔE＝N A×17.6 MeV.4．(单选)下列关于聚变的说法中，不．正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析：选A.轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．5．用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．解析：根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能．此铀核裂变方程为1n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝0.357 8×10－27 kg.由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.997 9×108)2 J＝3.215 7×10－11 J.答案：10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n 3.215 7×10－11 J1．(双选)关于裂变反应，下列说法中正确的是()A．用中子轰击铀核发生裂变，其一定分裂为质量差不多的两部分B．铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量C．铀核发生裂变时可能分裂成二、三或四部分D．所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应解析：选BC.用中子轰击235 92U和239 94Pu(钚)等少数几种重核元素才能发生裂变反应，发生裂变的原子核可能分裂为二部分、三部分或四部分，但产生两部分的概率很大，由此知B、C 正确．2．(单选)对于核反应方程21H＋31H→42He＋X，用c表示光速，下列说法正确的是() A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以c2解析：选D.由质量数守恒及电荷数守恒定律可得X为10n(中子)，再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积，故D正确．3．(单选)氘与氚发生聚变反应的方程式是21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，若有2 g氘和3 g氚全部发生聚变，N A为阿伏加德罗常数，则释放的能量是()A．N A×17.6 MeV B．5N A×17.6 MeVC．2N A×17.6 MeV D．3N A×17.6 MeV解析：选A.由核反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6 MeV能量和1个中子，则1 mol的氘和1 mol 氚全部聚变成1 mol氦核时释放的能量为ΔE＝N A×17.6 MeV.4．(单选)下列关于聚变的说法中，不．正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析：选A.轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．5．用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．解析：根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能．此铀核裂变方程为1n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝0.357 8×10－27 kg. 由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.997 9×108)2 J＝3.215 7×10－11 J.答案：10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n 3.215 7×10－11 J。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章波粒二象性 第三节 康普顿效应及其解释 学案
【学习目标】
（1）了解什么是康普顿效应。
（2）知道光子是具有动量的，并了解光子动量的表达式。
（3）了解康普顿效应用光的电磁理论解释遇到的困难，了解康普顿是如何解释康普顿效应的。
【学习重点】
康普顿效应及其解释
【自主学习】
1、用X 射线照射物体时，一部分散射出来的X 射线的波长会 ，这个现象称为康普顿效应。
2、按经典电磁理论，散射前后光的频率 ，因而散射光的波长与入射光的波长 ，不应该出现波长 的散射光。
3、光子不仅具有能量，其表达式为 ，还具有 ，其表达式为 。
4、一个光子与静止的电子（电子的速度相对光速而言可以忽略不计）发生弹性碰撞，光子把部分能量转移给了电子，能量由h ν减小为h ν’，因此频率 ，波长 ，同时光子还使电子获得一定的 。
5、X 射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守 定律和 定律。
【知识要点】
康普顿效应
（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，这种现象叫做光的散射。
（2）康普顿效应
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。
例题1：频率为v 的光子，具有的能量为hv ，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射，散射后的光子（ ）
A 虽改变原来的运动方向，但频率保持不变；
B 光子将从电子处获得能量，因而频率将增大；
C 散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反；
D 由于电子受到碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率
（3）康普顿散射的实验装置与规律：
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！散射中出现0λλ≠的现象，称为康普顿散射。
康普顿散射曲线的特点：
① 除原波长0λ外出现了移向长波方向的新的散射波长λ
② 新波长λ随散射角的增大而增大。
波长的偏移为0λλλ-=∆
波长的偏移只与散射角ϕ有关，而与散射物质种类及入射的X 射线的波
长0λ无关，)cos 1(0ϕλλλλ-=-=∆c c λ = 0.0241Å=2.41×10-3nm （实验
值）称为电子的Compton 波长只有当入射波长0λ与c λ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。
（4）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，物质中带电粒子将作受迫振动，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的关系。
（5）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。
（6）康普顿散射实验的意义
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。
（7）光子的能量和动量说明：动量能量是描述粒子的，频率和波长则是用来描述波的
例题二：
科学研究表明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，假设光子与电子碰撞前后的波长分别为λ、λ’，则碰撞过程中（ ）
A 能量守恒，动量守恒，且λ=λ’
B 能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ’
C 能量守恒，动量守恒，且λ<λ’
D 能量守恒，动量守恒，且λ>λ’
尝试应用：
1
、若一个光子的能量等于一个电子的静能量，试问该光子的动量和波长是多少？在电
2mc E = ν
h E =λ
ννh c h c c h mc P ==∙==∴22
c h m ν
=∴
磁波谱中它属于何种射线？
2、求波长为0.35nm 的X 射线光子的能量和动量大小（已知h=6.63×10-34J.S ）
（答案：1 2.73×10-22Kg.m/S;0.0024nm; γ射线；2 5.68×10-16J ； 1.89×10-24Kg.m/S ）
【达标训练】
1、光在介质中与物质微粒相互作用，因而_______________发生改变，这种现象叫光的___________。
美国物理学家____________在研究石墨对X 射线的散射时，发现在散射的X 射线中，除了与入射波长相同的成份外，还有波长__________入射波长的成份，这个现象称为康普顿效应。
2、根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程E ＝mc 2和光子能量ε＝h ν，每个光子的质量是
__________，按照动量的定义，每个光子的动量为______________或______________。
所以光子具有能量、质量、动量，表现出光具有_____________性。
3、如图为康普顿效应示意图,真空中光子与一个静止的电子发
生碰撞,图中标出了碰撞后电子的运动方向，设碰前光子频率
为v ，则关于光子碰后的运动方向和频率的说法中正确的是
（ ）
A 可能沿图中①方向
B 可能沿图中②方向
C v=V ’
D v<v ’
4、1922年美国物理学家康普顿，在研究石墨中的电子对X 射线的散射时，发现有些散射波波长比入射波的波长略大，他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。
如图所示，设入射的X 射线的频率为v,电子静止，
（1）入射时X 射线的光子能量、动量各是多少？
（2）经散射后X 射线的光子能量和动量分别是多少？
【达标训练参考答案】
1、传播方向，散射，康普顿,大于；
2、2
c h ν，mc ，c h ν，粒子； 3、B ；4、（1）hv ; hv/c （2）hv ’ ; hv ’/c。