2.3 康普顿效应及其解释 学案（粤教版选修3-5）

2.3 康普顿效应及其解释 学案
【学习目标】
（1）了解什么是康普顿效应。
（2）知道光子是具有动量的，并了解光子动量的表达式。
（3）了解康普顿效应用光的电磁理论解释遇到的困难，了解康普顿是如何解释康普顿效应的。
【学习重点】
康普顿效应及其解释
【知识要点】
康普顿效应21世纪教育网
（1）光的散射：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）康普顿效应
1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。
（3）康普顿散射的实验装置与规律：
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按经典电磁理论：如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！散射中出现的现象，称为康普顿散射。
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。波长的偏移为
波长的偏移只与散射角有关，而与散射物质种类及入射的X射线的波长无关，
= 0.0241 =2.41×10-3nm（实验值）
称为电子的Compton波长21世纪教育网
只有当入射波长与可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。
（4）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
①根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。
②无法解释波长改变和散射角的关系。
（5）光子理论对康普顿效应的解释
①若光子和外层电子相碰撞，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。
②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。
③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。
（6）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； 21世纪教育网
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。
（7）光子的能量和动量
说明：动量能量是描述粒子的，频率和波长则是用来描述波的
【达标训练】
1、光照射到金属表面上，能使金属中的_________从表面逸出，这种现象称之为______________，逸出的电子也叫____________，使电子脱离金属表面所做的功的最小值叫____________，这种现象说明光具有____________性。
2、经典的电磁理论只能解释光是一种，它有____________、____________等波特有的现象，但它不能解释光电效应。爱因斯坦对光电效应的解释是：光本身就是由一个一个不可分割的____________组成的，每一个光的能量子被称为一个____________，这就是爱因斯坦的_________说。
3、爱因斯坦认为，在光电效应中，金属中的电子吸收一个频率为ν的光子获得的能量是_________，这些能量中的一部分用来克服金属的____________，剩下的表现为逸出的光电子的____________，用公式表示为____________________，这就是著名的爱因斯坦光电效应方程。
4、光在介质中与物质微粒相互作用，因而_______________发生改变，这种现象叫光的___________。美国物理学家____________在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成份外，还有波长__________入射波长的成份，这个现象称为康普顿效应。
5、根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程E＝mc2和光子能量ε＝hν，每个光子的质量是__________，按照动量的定义，每个光子的动量为______________或______________。所以光子具有能量、质量、动量，表现出光具有_____________性。
6、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图所示，这时 ( )
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．锌板带负电，指针带正电
D．锌板带负电，指针带负电
7、对于任何一种金属，必须满足下列哪种条件，才能发生光电效应 ( )
A．入射光的强度大于某一极限强度 B．入射光的波长大于某一极限波长21世纪教育网
C．入射光照射时间大于某一极限时间 D．入射光的频率大于某一极限频率
8、某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，若光的频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确的是 ( )
A．光的强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出 B．逸出的电子数减少
C．逸出的电子数和最大初动能都减小 D．逸出的电子最大初动能不变
9、用两束频率相同，强度不同的紫外线去照射两种不同金属，都能产生光电效应，则( )
A．因入射光频率相同，产生光电子的最大初动能必相同
B．用强度大的紫外线照射时，所产生的光电子的初速度一定大
C．从极限波长较长的金属中飞出的光电子的初速度一定大
D．由强度大的紫外线所照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定多
10、用某一频率的绿光照射某金属时恰好能产生光电效应，则改用强度相同的蓝光和紫光分别照射该金属，下列说法正确的是 ( )
A．用蓝光照射时，光电子的最大初动能比用紫光照射时小[来源:21世纪教育网]
B．用蓝光和紫光照射时，在相同时间内逸出的电子数相同
C．用蓝光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多
D．用紫光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多
11、关于光电效应的说法中，正确的有 ( )
A．要使光电效应发生，入射光子的能量必须大于原子的电离能
B．极限频率的存在，可以表明电子对光子的吸收是一对一的
C．增大入射光子的能量，光电子的最大初动能必随着增大
D．电子对光子的吸收不存在能量的积累过程
12、已知铯的极限频率为4.55×1014Hz，钠的极限频率为6.00×1014Hz，银的极限频率为1.15×1015Hz，铂的极限频率为1.53×1015Hz，当用波长为0.375μm的光照射它们时，可发生光电效应的是 ( )
A．铯 B．钠 C．银 D．铂21世纪教育网
13、某种金属的逸出功是1.25eV，为了使它发生光电效应，照射光的频率至少应为多少？或用可见光照射它，能否发生光电效应？
14、某金属在一束黄光照射下，刚好有电子逸出（即用频率小于黄光的光照射就没有电子逸出）。在下述情况下，电子的最大初动能及逸出的电子数目会发生什么变化？（1）增大光强而不改变光的频率；（2）用一束强度更大的红光代替黄光；（3）用强度相同的紫光代替黄光。21世纪教育网
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【达标训练参考答案】21世纪教育网
1、电子，光电效应，光电子，逸出功，粒子 2、干涉，衍射，能量子，光子，光子 3、h ν，逸出功，初动能，h ν＝W＋Ek 4、传播方向，散射，康普顿,大于 5、，mc，，粒子 6、B 7、D 8、BD 9、CD 10、AB 11、AC 12、AB 13、3×1014Hz，可以 14、（1）最大初动能不变，光电子数目增加（2）无光电子逸出（3）最大初动能增大，光电子数目不变
【反思】
收获
疑问