人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：2 第2課時(shí) 康普頓效應(yīng) 光的波粒二象性

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1第2課時(shí)康普頓效應(yīng)光的波粒二象性〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解康普頓效應(yīng)及其意義.2.了解光的波粒二象性．一、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量1．康普頓效應(yīng)：在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外，還有波長(zhǎng)大于λ0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)．2．康普頓效應(yīng)的意義：康普頓效應(yīng)表明光子不僅具有能量而且具有動(dòng)量．3．光子的動(dòng)量(1)表達(dá)式：p＝eq\f(h,λ).(2)說(shuō)明：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，要把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動(dòng)量可能變小．因此，有些光子散射后波長(zhǎng)變大．二、光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象表明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)表明光具有粒子性，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．判斷下列說(shuō)法的正誤．(1)光子的動(dòng)量與波長(zhǎng)成反比．(√)(2)光子發(fā)生散射后，其波長(zhǎng)變大．(√)(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子．(√)(4)光在傳播過(guò)程中，有的光是波，有的光是粒子．(×)一、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量1．康普頓效應(yīng)的解釋假定光子與電子發(fā)生彈性碰撞，按照愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)，一個(gè)光子不僅具有能量ε＝hν，而且還有動(dòng)量．如圖1所示，這個(gè)光子與靜止的電子發(fā)生彈性碰撞，光子把部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給了電子，動(dòng)量由eq\f(h,λ)減小為eq\f(h,λ′)，因此p減小，波長(zhǎng)增大．圖12．康普頓效應(yīng)的意義康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛(ài)因斯坦光子說(shuō)的正確性．(2020·全國(guó)高三課時(shí)練習(xí))美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，用X光對(duì)靜止的電子進(jìn)行照射，照射后電子獲得速度的同時(shí)，X光光子的運(yùn)動(dòng)方向也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變．下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因此光子散射后頻率變大B．康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量C．X光散射后與散射前相比，速度變小D．散射后的光子雖然改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向，但頻率保持不變〖答案〗B〖解析〗在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，則光子動(dòng)量減小，但速度仍為光速c，根據(jù)p＝eq\f(hν,c)，知光子頻率減小，康普頓效應(yīng)說(shuō)明光不但具有能量而且具有動(dòng)量，揭示了光的粒子性，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確．科學(xué)研究證明，光子既有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子．假設(shè)光子與電子碰撞前的波長(zhǎng)為λ，碰撞后的波長(zhǎng)為λ′，則碰撞過(guò)程中()A．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ>λ′〖答案〗C〖解析〗能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，既適用于宏觀世界也適用于微觀世界．光子與電子碰撞時(shí)遵循這兩個(gè)守恒定律，光子與電子碰撞前光子的動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些動(dòng)量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的動(dòng)量p′＝eq\f(h,λ′)，又由p＞p′，可知λ<λ′，選項(xiàng)C正確．〖提*示〗光子不僅具有能量ε＝hν，而且還具有動(dòng)量，光子與物質(zhì)中的微粒碰撞時(shí)要遵守能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律．二、光的波粒二象性1．光的波動(dòng)性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光的干涉和衍射．2．光的粒子性(1)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)．(2)表現(xiàn)：①當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)；②少量或個(gè)別光子容易顯示出光的粒子性．(3)說(shuō)明：①粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的；②光子不同于宏觀觀念的粒子．(多選)關(guān)于光的粒子性、波動(dòng)性和波粒二象性，下列說(shuō)法正確的是()A．光子說(shuō)的確立完全否定了波動(dòng)說(shuō)B．光電效應(yīng)說(shuō)明光具有波動(dòng)性C．光的波動(dòng)說(shuō)和粒子說(shuō)都有其正確性，但又都是不完善的，都有其不能解釋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象D．光的波粒二象性才是對(duì)光的本性的正確認(rèn)識(shí)〖答案〗CD〖解析〗光子說(shuō)的確立，沒(méi)有完全否定波動(dòng)說(shuō)，使人們對(duì)光的本性認(rèn)識(shí)更完善，光既有波動(dòng)性，又有粒子性，光具有波粒二象性，故A錯(cuò)誤，D正確；光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，故B錯(cuò)誤；波動(dòng)說(shuō)和粒子說(shuō)都有其正確性，但又都是不完善的，都有其不能解釋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，故C正確．(多選)下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中，正確的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著D．康普頓效應(yīng)表明光具有粒子性〖答案〗CD〖解析〗一切光都具有波粒二象性，光的有些現(xiàn)象(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動(dòng)性，光的有些現(xiàn)象(如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說(shuō)有的光是波，有的光是粒子，A錯(cuò)誤．電子是實(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實(shí)物粒子，沒(méi)有靜止質(zhì)量，電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì)，所以，不能說(shuō)光子與電子是同樣的一種粒子，B錯(cuò)誤．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著，光的波長(zhǎng)越短，粒子性就越顯著，C正確．康普頓效應(yīng)表明光具有粒子性，D正確．1．(康普頓效應(yīng))白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對(duì)太陽(yáng)光散射的結(jié)果．美國(guó)物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一方向運(yùn)動(dòng)，光子沿另一方向散射出去，則這個(gè)散射光子跟原來(lái)的光子相比()A．頻率變大B．速度變小C．光子能量變大D．波長(zhǎng)變長(zhǎng)〖答案〗D〖解析〗光子與自由電子碰撞時(shí)，遵守動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律，自由電子被碰前靜止，被碰后動(dòng)量、能量增加，所以光子的動(dòng)量、能量減小，但速度仍為光速，由ε＝hν知，頻率變小，則波長(zhǎng)變長(zhǎng)，故選項(xiàng)D正確．2．(光的波粒二象性)關(guān)于光的波粒二象性，下列說(shuō)法中不正確的是()A．波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性B．光的頻率越高，粒子性越明顯C．能量越大的光子其波動(dòng)性越顯著D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下的光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯〖答案〗C〖解析〗波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)出的粒子性明顯，有時(shí)表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯，或者說(shuō)在某種場(chǎng)合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下，光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，A、D說(shuō)法正確；光的頻率越高，能量越大，粒子性相對(duì)波動(dòng)性越明顯，B說(shuō)法正確，C說(shuō)法錯(cuò)誤．3．(光的波粒二象性)(2019·拉薩那曲第二高級(jí)中學(xué)高二期末)下列關(guān)于光的本性的說(shuō)法中正確的是()A．關(guān)于光的本性，牛頓提出了“微粒說(shuō)”，惠更斯提出了“波動(dòng)說(shuō)”，愛(ài)因斯坦提出了“光子說(shuō)”，綜合他們的說(shuō)法圓滿地說(shuō)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觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C．光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性D．頻率低、波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，粒子性特征顯著；頻率高、波長(zhǎng)短的光，波動(dòng)性特征顯著〖答案〗C〖解析〗牛頓的“微粒說(shuō)”認(rèn)為光是一種實(shí)物粒子，是宏觀意義的粒子，而不是微觀概念上的粒子，實(shí)際上是不科學(xué)的；惠更斯提出了“波動(dòng)說(shuō)”，愛(ài)因斯坦提出了“光子說(shuō)”，說(shuō)明光既具有粒子