4.2 第2课时　康普顿效应　光的波粒二象性 课件（14张PPT）

(共14张PPT)
第2课时　康普顿效应　光的波粒二象性
第四章 原子结构和波粒二象性
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；宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？
答案：在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播。
【思考与讨论】
一、康普顿效应
1．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．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相同成分外，
还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。
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。
晶体
光阑
X 射线管
探
测
器
X 射线谱仪
石墨体
(散射物质)
j
0
散射波长
康普顿散射的实验装置
3.经典电磁波理论的困难
根据电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，射光频率应等于入射光频率。
无法解释波长改变和散射角的关系。
4. 光子的动量
(1) 表达式 p＝
(2) 说明
在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小，因此，有些光子散射后波长变长。
5．光子说对康普顿效应的解释
康普顿用光子的模型成功地解释了这种效应。X射线的光子不仅具有能量，也像其他粒子那样具有动量，康普顿效应是X射线的光子与晶体中的电子作弹性碰撞的结果，光子和电子相碰撞，遵守能量守恒定律和动量守恒定律。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，散射光的频率小于入射光的频率。
6.康普顿散射实验的意义
有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设，首次在实验上证实了“光子具有动量” 的假设；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. 光电效应与康普顿效应的对比
（1）光电效应与康普顿效应都说明了光具有粒子性。
（2）波长较短的 X 射线或 γ 射线产生康普顿效应，波长较长的可见光或紫外光产生光电效应。
例1 (多选)频率为ν的光子具有的能量为hν/c，动量为。将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称为光子的散射。下列关于光子散射的说法正确的是(　　)
A．光子改变原来的运动方向，且运动速度变小
B．光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大
C．由于与电子碰撞，散射后的光子波长大于入射光子的波长
D．由于与电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率
解析：光子在真空中的运动速度大小不会改变，A错误；光子在与电子碰撞中将损失能量，频率减小，波长变长，B错误，C、D正确。
答案：CD
1. 光学发展史
学说名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒二象性
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、光的衍射 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
二、光的波粒二象性
2. 光的波动性与粒子性的统一
(1) 大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象；个别光子产生的效果显示出粒子性。
(2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互作用时，粒子性起主要作用。
(3)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性的特征物理量，因此 ε = hν 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。
(4)对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著。
(5)光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性。
综上所述，光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体，相互间并不是独立的。
例2 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：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，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。
答案：C
谢谢大家