人教版 选择性必修第三册 第四章 2 第2课时 康普顿效应 光的波粒二象性（44张PPT）

(共44张PPT)
第2课时　康普顿效应　光的波粒二象性
第四章　2　光电效应
1.了解康普顿效应及其意义.
2.了解光的波粒二象性.
【学习目标】
【内容索引】
梳理教材
夯实基础
探究重点
提升素养
课时
对点练
随堂演练
逐点落实
SHULIJIAOCAI　 HANGSHIJICHU
梳理教材　夯实基础
1
一、康普顿效应和光子的动量
1.康普顿效应：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 λ0的成分，这个现象称为康普顿效应.
2.康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子不仅具有能量而且具有动量.
3.光子的动量
(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，光子的动量可能变小.因此，有些光子散射后波长 .
大于
变大
二、光的波粒二象性
光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有 性，光既具有波动性，又具有 性，即光具有________性.
粒子
粒子
波粒二象
判断下列说法的正误.
(1)光子的动量与波长成反比.(　　)
(2)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子.(　　)
(3)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子.(　　)
即学即用
√
√
×
返回
TANJIUZHONGDIAN　 TISHENGSUYANG
探究重点　提升素养
2
一、康普顿效应和光子的动量
1.康普顿效应的解释
假定光子与电子发生弹性碰撞，按照爱因斯坦的光子说，一个光子不仅具有能量ε＝hν，而且还具有动量.如图1所示，这个光子与静止的电子发生弹性碰撞，光子把部分动量转移给了电子，动量由 ，因此p减小，波长增大.
图1
2.康普顿效应的意义
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.
例1　美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变.下列说法正确的是
A.当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光
子散射后频率变大
B.康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量
C.X光散射后与散射前相比，速度变小
D.散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变
√
例2　(2021·南京师大苏州实验学校高二月考)科学研究证明，光子既有能量也有动量，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′
√
二、光的波粒二象性
1.光的波动性
实验基础：光的干涉和衍射.
2.光的粒子性
(1)实验基础：光电效应、康普顿效应.
(2)表现：①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质；②少量或个别光子容易显示出光的粒子性.
(3)说明：①粒子的含义是“不连续”“一份一份”的；②光子不同于宏观观念的粒子.
例3　(2020·江苏连云港市高二期末)波粒二象性是微观世界的基本特征，下列说法正确的是
A.大量光子表现出光的粒子性
B.光电效应现象揭示了光的粒子性
C.黑体辐射现象可以用光的波动性解释
D.光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
√
解析　光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性，故A错误；
光电效应现象揭示了光的粒子性，故B正确；
为了解释黑体辐射规律，普朗克引入能量子的概念，认为电磁辐射的能量是量子化的，故C错误；
光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的，故D错误.
例4　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.康普顿效应表明光具有波动性
√
解析　一切光都具有波粒二象性，光的有些现象(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些现象(如光电效应、康普顿效应)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.
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，B错误.
光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确.
康普顿效应表明光具有粒子性，D错误.
返回
SUITANGYANLIAN　 ZHUDIANLUOSHI
随堂演练　逐点落实
3
1.(康普顿效应)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
1
2
3
√
解析　光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，自由电子被碰前静止，被碰后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，但速度仍为光速，由ε＝hν知，频率变小，则波长变长，故选项D正确.
1
2
3
2.(光的波粒二象性)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.光的频率越高，粒子性越明显
C.能量越大的光子其波动性越显著
D.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
外某种场合下的光的波动性表现明显
√
1
2
3
1
2
3
解析　波粒二象性指光有时表现出的粒子性明显，有时表现出的波动性明显，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，A、D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.
3.(光的波粒二象性)下列关于光的本性的说法中正确的是
A.关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，
爱因斯坦提出了“光子说”，综合他们的说法圆满地说明了光的本性
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.频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动
性特征显著
√
1
2
3
解析　牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，是宏观意义的粒子，而不是微观概念上的粒子，实际上是不科学的；惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，说明光既具有粒子性，又具有波动性，即具有波粒二象性，才能圆满说明光的本性，故A错误.
光具有波粒二象性，不能把光看成宏观概念上的波，故B错误.
干涉和衍射是波的特有现象，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故C正确.
频率低、波长长的光，波动性特征显著，频率高、波长短的光，粒子性特征显著，故D错误.
1
2
3
返回
KE SHI DUI DIAN LIAN
课时对点练
4
考点一　康普顿效应　光子的动量
1.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
基础对点练
1
2
3
4
5
6
7
8
9
√
解析　测量发现康普顿散射后的X射线中，既有波长不变的X射线，又有波长变长的X射线，而且散射光波长的改变量与散射角的大小有关，波长变长的X射线动量和能量的大小均变小了，这是散射过程中动量和能量守恒的体现，选项D正确.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2.X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则
1
2
3
4
5
6
7
8
9
√
3.(2021·江苏南通高二月考)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长为λ，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h，光速为c，则
A.用激光“焊接”视网膜是因为激光具有高度的相干性
1
2
3
4
5
6
7
8
9
√
解析　用激光“焊接”视网膜利用了激光频率高、能量高的特点，故A错误；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
考点二　光的波粒二象性
4.(2020·上海市高二期末)如图1，弧光灯发出的光，经过下列实验后产生了两个重要的实验现象：①经过一狭缝后，在后面的锌板上形成明暗相间的条纹；②与锌板相连的验电器的铝箔张开了一定的角度.则这两个实验现象分别说明
A.①和②都说明光有波动性
B.①和②都说明光有粒子性
C.①说明光有粒子性，②说明光有波动性
D.①说明光有波动性，②说明光有粒子性
1
2
3
4
5
6
7
8
9
√
图1
解析　现象①是光的衍射现象，该现象说明了光具有波动性；
现象②是光电效应现象，该现象说明了光具有粒子性，故A、B、C错误，D正确.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
5.(2021·江苏高二月考)在下列各组现象中，都表现出光具有粒子性的是
A.光的折射现象、衍射现象
B.光的反射现象、干涉现象
C.光的衍射现象、光电效应现象
D.光电效应现象、康普顿效应现象
1
2
3
4
5
6
7
8
9
√
6.2018年11月29日，国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收，该光刻机光刻分辨率达到22 nm.关于光的认识，下列说法正确的是
A.光子除了具有能量之外还具有动量
B.波长越长的光，光子动量越大
C.光电效应显示了光的波动性
D.爱因斯坦测量了光电效应中几个重要的物理量，由此算出了普朗克常量h
1
2
3
4
5
6
7
8
9
√
能力综合练
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析　光子除了具有能量之外还具有动量，选项A正确；
光电效应显示了光的粒子性，选项C错误；
密立根测量了光电效应中几个重要的物理量，由此算出了普朗克常量h，选项D错误.
7.(2020·江苏徐州高二期末)一台激光器发出的激光功率为P，光束垂直入射到真空中的某一平面，被平面完全反射后频率保持不变.已知光的波长为λ，光在真空中的速度为c，下列说法正确的是
A.激光的波长越短，其光子的动量越小
B.被平面反射后激光光子的动量变大
C.增大激光器发出的激光功率，光束对平面的压力增大
1
2
3
4
5
6
7
8
9
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
被平面反射后激光光子的动量大小不变，选项B错误；
功率增大，光子数增大，光束对平面的压力增大，选项C正确；
8.(2020·银川二中月考)关于光，下列说法正确的是
A.光子是比电子、质子更小的实物粒子
B.光在有些情况下只具有粒子性，在另一些情况下只具有波动性
1
2
3
4
5
6
7
8
9
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
解析　光本质上属于电磁波，不是实物粒子，光具有波粒二象性，在发生衍射和干涉时，表现为波动性，在发生光电效应时，表现为粒子性，故A、B错误；
9.光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出.当波长为 的单色光B照射该金属板时，光电子的最
大初动能为_____，A、B两种光子的动量之比为______.(已知普朗克常量为h、光速为c)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1∶2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
返回
本课结束