【教案】粤教版高中物理选修（3-5）第二章《康普顿效应及其解释光的波粒二象性》学案.docVIP

学案3　康普顿效应及其解释 学案4　光的波粒二象性 [学习目标定位] 1.了解康普顿效应及其解释.2.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系.3.了解光是一种概率波． 1．光是一种电磁波，具有波动性，具有光的干涉和衍射等光所特有的性质． 2．光子假说 1905年，爱因斯坦指出，光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，一个光子的能量为ε＝hν. 3．用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象后来称为康普顿效应． 4．光电效应揭示出光的粒子性，每个光子携带的能量为ε＝hν，爱因斯坦进一步提出光子的动量应为p＝，式中λ为光波的波长． 5．康普顿效应再次证明了爱因斯坦光子假说的正确性．它不仅证明了光子具有能量，同时还证明了光子具有动量． 6．光的干涉、衍射实验表明光是一种电磁波，具有波动性；光电效应和康普顿效应，则表明光在与物体相互作用时，是以一个个光子的形式出现的，具有粒子性．光既有波动性，又有粒子性，单独用波或粒子的解释都无法完整地描述光的所有性质，人们就把这种性质称为波粒二象性． 7．在光的双缝干涉实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点上．概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹．这种概率分布就好像波干涉时强度的分布，从这个意义上讲，有人把对光的描述说成是概率波． 解决学生疑难点：　 一、对康普顿效应的理解 康普顿效应不仅有力地验证了光子理论，而且证实了微观领域的现象也严格遵循能量守恒和动量守恒．康普顿效应揭示出光具有粒子性的一面． 二、对光的波粒二象性的理解 1．人类对光的本性认识发展史 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 托马 斯·杨 和菲涅耳 麦克斯韦 爱因斯坦 实验 依据 光的直线 传播、光 的反射 光的干 涉、衍射 能在真空中 传播，是横 波，光速等 于电磁波 波速 光电效 应、康普 顿效应 光既有波 动现象， 又有粒子 特征 特点 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 2.对光的波粒二象性的理解 实验 基础 表现 光 的 波 动 性 干涉和 衍射 1.大量光子产生的效果显示出波动性 2．足够能量的光在传播时，表现出波的性质 1.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的 2．光的波动性不同于宏观观念的波 光 的 粒 子 性 光电 效应、 康普顿 效应 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 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 说明 对于不同频率的光，频率越高，光的粒子性越强；频率越低，光的波动性越强 3.光子的能量ε＝hν和动量p＝，生动说明了光具有波粒二象性．普朗克常量h把描述粒子性的能量ε和动量p，与描述波动性的频率ν、波长λ紧密联系在一起． 三、对光是概率波的理解 [问题设计] 双缝干涉实验中(如图1甲所示)，在光屏处放置感光片，并设法减弱光的强度，使光子只能是一个一个地通过狭缝． 曝光时间短时，可看到感光片上出现一些无规则分布的亮点，如图乙所示．曝光时间足够长，有大量光子通过狭缝，感光片上出现了规则的干涉条纹，如图丁所示． 如何解释曝光时间较短时的亮点和曝光时间较长时的干涉图样呢？ 图1 答案　图片上的亮点表明，光表现出粒子性，也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道．图丙和图丁图样说明，光的波动性是大量光子表现出来的现象．在干涉条纹中，那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的地方，光波弱的地方是光子到达机会少的地方，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以光波是一种概率波． [要点提炼] 1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的． 2．大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波． 一、对康普顿效应的理解 例1　(单选)科学研究证明，光子有能量也有动量，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，动量不守恒，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′ 解析　能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律．光子与电子碰撞前光子的能