學(xué)年17.2《光的粒子性》第2課時(shí)課件

1、金太陽好教育云平臺(tái)金太陽好教育云平臺(tái) 1. 通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2. 知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。3. 了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量。了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量。 首先對(duì)光的波粒二象性，即光同時(shí)具有波的特點(diǎn)和粒子的特性，引出首先對(duì)光的波粒二象性，即光同時(shí)具有波的特點(diǎn)和粒子的特性，引出光的另一種特性：粒子性。接著介紹康普頓效應(yīng)和康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置光的另一種特性：粒子性。接著介紹康普頓效應(yīng)和康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律，通過動(dòng)畫，觀察康普頓效應(yīng)的原理。然后對(duì)康普頓效應(yīng)的疑難部與規(guī)律，通過動(dòng)畫，觀察康普頓效應(yīng)的

2、原理。然后對(duì)康普頓效應(yīng)的疑難部分提出問題，又通過分提出問題，又通過“光子光子”的概念解釋了康普頓效應(yīng)現(xiàn)象，最后對(duì)康普的概念解釋了康普頓效應(yīng)現(xiàn)象，最后對(duì)康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)意義進(jìn)行說明。頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)意義進(jìn)行說明。 本節(jié)內(nèi)容重點(diǎn)是了解人類對(duì)光本性認(rèn)識(shí)的發(fā)展史，了解物理學(xué)的曲折本節(jié)內(nèi)容重點(diǎn)是了解人類對(duì)光本性認(rèn)識(shí)的發(fā)展史，了解物理學(xué)的曲折發(fā)展過程和研究方法，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生受到辯證唯物主發(fā)展過程和研究方法，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生受到辯證唯物主義教育，初步認(rèn)識(shí)光的波動(dòng)性與粒子性，且光具有波粒二象性是學(xué)習(xí)的難義教育，初步認(rèn)識(shí)光的波動(dòng)性與粒子性，且光具有波粒二象性是學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。課堂教學(xué)中要

3、能夠聯(lián)系以往的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問題、提點(diǎn)。課堂教學(xué)中要能夠聯(lián)系以往的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，要調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增加視頻、動(dòng)畫等多媒體演示，穿插出問題，要調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增加視頻、動(dòng)畫等多媒體演示，穿插介紹物理學(xué)史是十分必要的。介紹物理學(xué)史是十分必要的。 白天的天空各處都是亮的；航天員在大氣外飛行時(shí)，盡白天的天空各處都是亮的；航天員在大氣外飛行時(shí)，盡管太陽的光線耀眼刺目，其他地方的天空卻是黑的，甚至可管太陽的光線耀眼刺目，其他地方的天空卻是黑的，甚至可以看見星星。這是為什么？以看見星星。這是為什么？ 光光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而相

4、互作用，因而傳播方向發(fā)生傳播方向發(fā)生改改變，這種變，這種現(xiàn)象叫做現(xiàn)象叫做光的光的散射散射。 1923 年年康普頓在康普頓在做做 X 射線射線通過物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)通過物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射有關(guān)，而與入射線線波長(zhǎng)和波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無關(guān)。散射物質(zhì)都無關(guān)。1. 光的散射2. 康普頓效應(yīng)3. 康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律晶體晶體光光 闌闌X 射線管射線管探探測(cè)測(cè)器器X 射線譜儀射線譜儀 石墨體石墨體(散射物質(zhì)散射

5、物質(zhì))康普康普頓正頓正在測(cè)在測(cè)晶體晶體對(duì)對(duì) X 射線射線的散的散射射按經(jīng)典電磁理論：如果如果入射入射 X光是光是某種波某種波長(zhǎng)的電磁波，長(zhǎng)的電磁波， 散射光的散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！康普頓散射曲線的特點(diǎn)(1) 除除原原波長(zhǎng)波長(zhǎng) 0 外外出現(xiàn)了移向出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng)波長(zhǎng) 。(2) 新波長(zhǎng)新波長(zhǎng) 隨隨散射角的增大散射角的增大而增大。而增大。散射散射中出現(xiàn)中出現(xiàn) 0 的的現(xiàn)象，稱現(xiàn)象，稱為康普頓散射。為康普頓散射。波長(zhǎng)的偏移為0 = 45. . . . . . . . . .（A）0.7000.750波長(zhǎng)波長(zhǎng) . . 0 = 0 = 90 = 13

6、5康普頓散射稱為電子的稱為電子的Compton波長(zhǎng)波長(zhǎng) 波長(zhǎng)波長(zhǎng)的偏移只與的偏移只與散射角散射角 有關(guān)，有關(guān)，而與散射而與散射物質(zhì)種類物質(zhì)種類及入射及入射的的 X 射線射線的的波長(zhǎng)波長(zhǎng) 0 無關(guān)。無關(guān)。c = 0.0241 = 2.41 10-3 nm（實(shí)驗(yàn)值）（實(shí)驗(yàn)值）0c(1 cos ) 只有當(dāng)入射波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng) 0 與與 c 可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用因此要用 X 射線才能觀察到康普頓散射射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到，用可見光觀察不到康普頓散射?？灯疹D散射。1. 經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難(1) 根據(jù)根據(jù)經(jīng)典電磁波理論

7、，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率其頻率等于入射光頻率，所以，所以它所發(fā)射的它所發(fā)射的散射光頻率散射光頻率應(yīng)等于應(yīng)等于入射光頻率入射光頻率。(2) 無法無法解釋波長(zhǎng)改變和散射角關(guān)系。解釋波長(zhǎng)改變和散射角關(guān)系。2. 光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋(1) 若若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，子，散射光子散射光子的能量減少，于是的能量減少，于是散射光散射光的波長(zhǎng)大于的波長(zhǎng)大于入射入射光光的波長(zhǎng)。的波長(zhǎng)。 (2) 若若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞

8、，光子將與整個(gè)光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。 (3) 因?yàn)橐驗(yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。改變和散射角有關(guān)。1. 有力有力地支持了愛因斯坦地支持了愛因斯坦“光量子光量子”假設(shè)；假設(shè)； 2. 首次首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；的假設(shè)；3. 證實(shí)證實(shí)了了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量

9、守恒在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。定律仍然是成立的。 康康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾的幾篇論篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于由于“混進(jìn)來了某種混進(jìn)來了某種熒光輻射熒光輻射”；在計(jì)算中起先；在計(jì)算中起先只考慮只考慮能量守恒，后來才認(rèn)識(shí)能量守恒，后來才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒。到還要用動(dòng)量守恒。（1897-19771897-1977） 吳有訓(xùn)吳有訓(xùn)2mcmcE E h hE E 2c ch hm m 動(dòng)量能量是描述粒子的頻率和波長(zhǎng)則是用來描述波的2hhhpmcccc 1. 康普頓效應(yīng)

10、康普頓效應(yīng) 3. 康普頓散射康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義實(shí)驗(yàn)的意義2. 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)解釋中的疑難解釋中的疑難 4. 光子的動(dòng)量光子的動(dòng)量 1. 關(guān)于關(guān)于光子說的基本內(nèi)容有以下幾點(diǎn)，不正確的光子說的基本內(nèi)容有以下幾點(diǎn)，不正確的是是 ( ) A. 在在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一一 份份叫一個(gè)光子叫一個(gè)光子 B. 光是光是具有質(zhì)量、能量和體積的物質(zhì)微粒子具有質(zhì)量、能量和體積的物質(zhì)微粒子 C. 光子光子的能量跟它的頻率成正比的能量跟它的頻率成正比 D. 光子光子客觀并不存在，而是人為假設(shè)客觀并不存在，而是人為假設(shè)的的 B2. 能能引起人的視覺

11、感應(yīng)的最小能量引起人的視覺感應(yīng)的最小能量為為 1018 J，已知可，已知可見光的平均波長(zhǎng)約見光的平均波長(zhǎng)約為為 0.6 m，則進(jìn)入人眼的光子數(shù)至，則進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為少為 個(gè)個(gè)，恰能引起人眼的，恰能引起人眼的感覺感覺。33. 關(guān)于關(guān)于光電效應(yīng)下述說法中正確的光電效應(yīng)下述說法中正確的是是 ( ) A. 光電子光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光的強(qiáng)度增大而增大的最大初動(dòng)能隨著入射光的強(qiáng)度增大而增大 B. 只要只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，就入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，就一一 定定能產(chǎn)生光電效應(yīng)能產(chǎn)生光電效應(yīng) C. 在在光電效應(yīng)中，飽和光電流的大小與入射光的光電效應(yīng)中，飽和光電流的大

12、小與入射光的頻率頻率 無關(guān)無關(guān) D. 任何任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，低于這個(gè)頻率一種金屬都有一個(gè)極限頻率，低于這個(gè)頻率的的 光光不能發(fā)生光電效應(yīng)不能發(fā)生光電效應(yīng)D4. 在在可見光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能量最大？想可見光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能量最大？想想看，這種光是否一定最亮？為什么？想看，這種光是否一定最亮？為什么？ 在在可見光范圍內(nèi)，紫光的光子能量最大，因?yàn)槠漕l率可見光范圍內(nèi)，紫光的光子能量最大，因?yàn)槠漕l率最最高。高。但但紫紫光不是最亮的光不是最亮的。因?yàn)?。因?yàn)楣獾牧炼扔蓛蓚€(gè)因素決定光的亮度由兩個(gè)因素決定，一一為光強(qiáng)為光強(qiáng)，二二為人眼的視覺靈敏度為人眼的視覺靈敏度。在。在光強(qiáng)相同的前提下，由光強(qiáng)相同的前提下，由于人眼對(duì)可見光中心部位的黃綠色光感覺最靈敏，因此黃綠于人眼對(duì)可見光中心部位的黃綠色光感覺最靈敏，因此黃綠色光應(yīng)最亮色光應(yīng)最亮。5. 在在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，如果中，如果入射光強(qiáng)度增加，將產(chǎn)生什入射光強(qiáng)度增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果么結(jié)果？如果？如果入射光頻率增加入射光頻率增