5.2 康普顿效应 学案 (2)

5.2
康普顿效应
学案2
[学习目标]
（1）了解康普顿效应，了解光子的动量
（2）了解光既具有波动性，又具有粒子性；
（3）知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性；
（4）了解光是一种概率波。
[学习重点]
实物粒子和光子一样具有波粒二象性
方法技巧
1、对康普顿效应的理解方法
⑴康普顿散射曲线的特点：①
除原波长外出现了移向长波方向的新的散射波长；②
新波长随散射角的增大而增大。
⑵康普顿散射实验的意义：
①有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；②首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；③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。
2、对光的波粒二象性的理解方法
（1）光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。
（2）光的波动性与粒子性是不同条件下的表现：大量光子行为显示波动性；个别光子行为显示粒子性；光的波长越长，波动性越强；光的波长越短，粒子性越强。光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性。
典例剖析
例1
试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。
解析：估计一个中学生的质量m≈50kg
，百米跑时速度v≈7m/s
，则：
m
答案：
规律总结：由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。
例2
为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。下列说法中正确的是（
）
A．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射
B．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射
C．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射
D．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射
解析：为了观察纳米级的微小结构，用光学显微镜是不可能的。因为可见光的波长数量级是10-7m，远大于纳米，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦。如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的动量，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了。因此本题应选A。
答案：A
规律总结：实物粒子物质波的波长比可见光的波长要短很多，因此更不容易发生明显衍射。
自主演练
各个击破
1．如图所示为康普顿效应示意图，光子与一个静止的电子发生碰撞，图中标出了碰撞后电子的运动方向。设碰前光子频率为v，碰后为v′，则关于光子碰后的运动方向和频率的说法中正确的是（
）
A．可能沿图中①方向
B．可能沿图中②方向
C．v=
v′
D．v<
v′
答案：B
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相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是（
）
A．康普顿效应现象说明光具有波动性
B．康普顿效应现象说明光具有粒子性
C．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加
D．当光子与晶体中的电子碰撞后．其能量减少
答案：BD
著名物理学家吴有训辉煌的一生
吴有训于1897年4月26日出生在今江西省高安市荷岭乡一个名叫石溪吴村的小村庄。1921年以优异成绩考取江西省赴美国官费留学生前往芝加哥大学深造，成为康普顿的学生。吴有训把主攻方向定在证实康普顿效应的普遍适用性方面。他陆续使用多达15种不同的样品材料进行X射线的散射实验，结果无一不与康普顿的理论相符合，从而形成了对此理论广泛适用性的强有力证明。吴有训对康普顿效应的另一项重要证明工作，是用公认的精确无误的实验，消除了来自美国哈佛大学的著名X射线专家W.杜安尼及其助手G.L.克拉克对康普顿效应的两项质疑。吴有训亲身参与了发现和确立康普顿效应中期以后的大量实验验证工作，最后以“康普顿效应”为题完成了自己的博士论文，并获博士学位。而康普顿则在1927年因为这项工作而获得诺贝尔物理学奖。
[反思]
收获
疑问