2021届高中物理新教材同步选择性必修第三册 第4章 2 第2课时　康普顿效应　光的波粒二象性.pdfVIP

第2课时康普顿效应光的波粒二象性

[学习目标]1.了解康普顿效应及其意义.2.了解光的波粒二象性．

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，还有波长大于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粒子性，

光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．

判断下列说法的正误．

(1)光子的动量与波长成反比．(√)

(2)光子发生散射后，其波长变大．(√)

(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．(√)

(4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．(×)

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，动量由减小为，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．

(2020·全国高三课时练习)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

答案B

解析在康普顿效应中，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，则光

子动量减小，但速度仍为光速c，根据p＝，知光子频率减小，康普顿效应说明光不但具有

能量而且具有动量，揭示了光的粒子性，故A、C、D错误，B正确．

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λλ′

D．能量守恒，动量守恒，且λλ′

答案C

解析能量守恒定律和动量守恒定律是自然界的普遍规律，既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动量p＝，当光子

与电子碰撞时，光子的一些动量转移给了电子，光子的动量p′＝，又由p＞p′，可知

λλ′，选项C正确．

提示光子不仅具有能量ε＝hν，而且还具有动量，光子与物质中的微粒碰撞时要遵守能量

守恒定律和动量守恒定律．

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．

(多选)关于光的粒子性、波动性和波粒二象性，下列说法正确的是()

A．光子说的确立完全否定了波动说

B．光电效应说明光具有波动性

C．光的波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象

D．光的波粒二象性才是对光的本性的正确认识

答案CD

解析光子说的确立，没有完全否定波动说，使人们对光的本性认识更完善，光既有波动性，

又有粒子性，光具有波粒二象性，故A错误，D正确；光电效应说明光具有粒子性，故B错