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5.2 康普顿效应同步课件（鲁科版选修3-5）

上传时间: 2014-08-16

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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

λ0相同

大于λ0

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

hν

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λ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hν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　hν　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

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．

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