1、第2節(jié)康普頓效應(yīng)目標(biāo)定位1.了解康普頓X射線散射實(shí)驗(yàn).2.理解康普頓X射線實(shí)驗(yàn)原理.3.掌握康普頓效應(yīng)的概念，知道光的波粒二象性一、康普頓對(duì)X射線散射的研究1光的散射光在介質(zhì)中與物體微粒的相互作用，使光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象2康普頓效應(yīng)在光的散射中，部分散射光的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，波長(zhǎng)改變的多少與散射角有關(guān)3康普頓效應(yīng)的意義康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有動(dòng)量，深入揭示了光具有粒子性二、光的波粒二象性1光具有波粒二象性：光子既有粒子的特征，又有波的特征2發(fā)生光電效應(yīng)或康普頓效應(yīng)取決于入射光的波長(zhǎng)3光波是一種概率波4光的波動(dòng)性和粒子性不是均衡表現(xiàn)的，波長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，光子的能量和動(dòng)量很小，波動(dòng)性比較

2、明顯，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越明顯光在與電子相互作用時(shí)表現(xiàn)為粒子性，在傳播過(guò)程中更多地表現(xiàn)為波動(dòng)性一、對(duì)康普頓效應(yīng)的理解1實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：X射線管發(fā)出波長(zhǎng)為0的X射線，通過(guò)小孔投射到散射物石墨上X射線在石墨上被散射，部分散射光的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，波長(zhǎng)改變的多少與散射角有關(guān)2康普頓效應(yīng)與經(jīng)典物理理論的矛盾：按照經(jīng)典物理理論，入射光引起物質(zhì)內(nèi)部帶電粒子的受迫振動(dòng)，振動(dòng)著的帶電粒子從入射光吸收能量，并向四周輻射，這就是散射光散射光的頻率應(yīng)該等于粒子受迫振動(dòng)的頻率(即入射光的頻率)因此散射光的波長(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)應(yīng)該相同，不應(yīng)該出現(xiàn)波長(zhǎng)變長(zhǎng)的散射光另外，經(jīng)典物理理論無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變與散射角的關(guān)系3光子說(shuō)對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋：

3、假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞(1)光子和電子相碰撞時(shí)，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)(2)因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量與碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變與散射角有關(guān)【例1】白天的天空到處都是亮的，是大氣分子對(duì)太陽(yáng)光散射的結(jié)果美國(guó)物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，光子沿另一方向散射出去，則這個(gè)散射光子跟原來(lái)的光子相比()A頻率變大 B速度變小C光子能量變大 D波長(zhǎng)變長(zhǎng)答案D解析光子與自由電子碰撞時(shí)，遵守動(dòng)量守恒和能量守恒，自由電子碰撞前靜止，碰撞后動(dòng)量、能

4、量均增加，所以光子的動(dòng)量、能量減小，由，Eh可知光子頻率變小，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，故D正確由于光子速度是不變的，故B錯(cuò)誤針對(duì)訓(xùn)練1康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也具有動(dòng)量入射光和電子的作用可以看成彈性碰撞，則當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，如圖1給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰撞過(guò)程中動(dòng)量_(選填“守恒”或“不守恒”)，能量_(選填“守恒”或“不守恒”)，碰后光子可能沿_(選填“1”“2”或“3”)方向運(yùn)動(dòng)，并且波長(zhǎng)_(選填“不變”、“變小”或“變長(zhǎng)”)圖1答案守恒守恒1變長(zhǎng)解析光子與電子碰撞過(guò)程滿足動(dòng)量守恒和能量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰前的

5、方向一致，由矢量合成知識(shí)可知碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過(guò)碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，能量減少，由Eh知，頻率變小，再根據(jù)c知，波長(zhǎng)變長(zhǎng)二、對(duì)光的波粒二象性的理解實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)表 現(xiàn)說(shuō) 明光的波動(dòng)性光的干涉和衍射1.大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性2頻率較低的光在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)1.光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的2光的波動(dòng)性不同于宏觀概念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)1.當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子性2少量或個(gè)別光子容易顯示出光的粒子性1.粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的2光子不同于宏觀概念的粒子

6、說(shuō)明對(duì)于不同頻率的光，頻率越高，光的粒子性越強(qiáng)；頻率越低，光的波動(dòng)性越強(qiáng)【例2】(多選)下列關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是()A大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子C高頻光是粒子，低頻光是波D波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著答案AD解析光的波粒二象性指光有時(shí)候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時(shí)候表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯，D正確；大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，A正確；光在傳播時(shí)波動(dòng)性顯著，光與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著，B錯(cuò)誤；頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動(dòng)性顯著

7、，C錯(cuò)誤針對(duì)訓(xùn)練2下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中，正確的是()A有的光是波，有的光是粒子B光子與電子是同樣的一種粒子C光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著D大量光子的行為往往顯示出粒子性答案C解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動(dòng)性，光的有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說(shuō)有的光是波，有的光是粒子雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實(shí)物粒子，沒(méi)有靜止質(zhì)量；電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì)，所以，不能說(shuō)光子與電子是同樣的一種粒子光的波粒二象性的理論和實(shí)驗(yàn)表明，大量光子的行

8、為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著，光的波長(zhǎng)越短，其光子能量越大，個(gè)別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著綜上所述，本題正確答案為選項(xiàng)C.對(duì)康普頓效應(yīng)的理解1(多選)關(guān)于康普頓效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是()A康普頓在研究X射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射光的波長(zhǎng)發(fā)生了變化，為波動(dòng)說(shuō)提供了依據(jù)BX射線散射時(shí)，波長(zhǎng)改變的多少與散射角有關(guān)C發(fā)生散射時(shí)，波長(zhǎng)較短的X射線或射線入射時(shí)，產(chǎn)生康普頓效應(yīng)D愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)能夠解釋康普頓效應(yīng)，所以康普頓效應(yīng)支持粒子說(shuō)答案BCD解析美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究X射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射光波長(zhǎng)發(fā)生了變化，這種現(xiàn)象

9、用波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋，用光子說(shuō)卻可以解釋，A錯(cuò)；波長(zhǎng)改變的多少與散射角有關(guān)，B對(duì)；當(dāng)波長(zhǎng)較短時(shí)發(fā)生康普頓效應(yīng)，較長(zhǎng)時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)，C、D對(duì)2康普頓假設(shè)電子是自由電子，當(dāng)光子與電子相互作用時(shí)，其過(guò)程可看成彈性碰撞，既遵守_守恒定律，又遵守_守恒定律，在碰撞中光子將能量_的一部分傳遞給電子，光子的能量減少，波長(zhǎng)變長(zhǎng)康普頓提出的理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，從而進(jìn)一步說(shuō)明光具有_性答案能量動(dòng)量h粒子對(duì)光的波粒二象性的理解3(多選)關(guān)于光的波粒二象性，下列說(shuō)法中正確的是()A波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性B光波頻率越高，粒子性越明顯C能量越大的光子其波動(dòng)性越顯著D光的波粒二象性應(yīng)理解為，在某種場(chǎng)合

10、下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯答案ABD解析光的波粒二象性指光有時(shí)候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時(shí)候表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯，或者說(shuō)在某種場(chǎng)合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯；個(gè)別光子易表現(xiàn)出粒子性，大量光子易表現(xiàn)出波動(dòng)性，A、D說(shuō)法正確；光的頻率越高，能量越大，粒子性相對(duì)波動(dòng)性越明顯，B說(shuō)法正確，C說(shuō)法錯(cuò)誤.(時(shí)間：60分鐘)題組一對(duì)康普頓效應(yīng)的理解1光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都包含有電子與光子的相互作用過(guò)程，對(duì)此下列說(shuō)法正確的是()A兩種效應(yīng)中電子與光子組成的系統(tǒng)都服從動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律B兩種效應(yīng)都相當(dāng)于電子與光子的彈性碰撞過(guò)程C兩種效應(yīng)都屬于吸

11、收光子的過(guò)程D光電效應(yīng)是吸收光子的過(guò)程，而康普頓效應(yīng)相當(dāng)于光子和電子彈性碰撞的過(guò)程答案D解析光電效應(yīng)吸收光子放出電子，其過(guò)程能量守恒，但動(dòng)量不守恒，康普頓效應(yīng)相當(dāng)于光子與電子彈性碰撞的過(guò)程，并且遵守動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律，兩種效應(yīng)都說(shuō)明光具有粒子性，故D正確2科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子假設(shè)光子與電子碰撞前的波長(zhǎng)為，碰撞后的波長(zhǎng)為，則碰撞過(guò)程中()A能量守恒，動(dòng)量守恒，且B能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且C能量守恒，動(dòng)量守恒，且答案C解析能量守恒和動(dòng)量守恒是自然界的普遍規(guī)律，適用于宏觀世界也適用于微觀世界光子與電子碰撞時(shí)遵循這兩個(gè)守恒定律光子與

12、電子碰撞前光子的能量Ehh，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能量Ehh，由E E，可知，選項(xiàng)C正確3康普頓散射的主要特征是()A散射光的波長(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)全然不同B散射光的波長(zhǎng)有些與入射光的相同，但有些變短了，散射角的大小與散射波長(zhǎng)無(wú)關(guān)C散射光的波長(zhǎng)有些與入射光的相同，但也有變長(zhǎng)的，也有變短的D散射光的波長(zhǎng)有些與入射光的相同，有些散射光的波長(zhǎng)比入射光的波長(zhǎng)長(zhǎng)些，且散射光波長(zhǎng)的改變量與散射角的大小有關(guān)答案D解析光子和電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)散射角不同，能量減少情況不同，散射光的波長(zhǎng)也有所不同也有一部分光子與整

13、個(gè)散射物的原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變故只有D正確4頻率為的光子，具有的能量為h，將這個(gè)光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上，光子將偏離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，這種現(xiàn)象稱為光的散射，散射后的光子()A雖改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向，但頻率保持不變B光子將從電子處獲得能量，因而頻率將增大C散射后的光子運(yùn)動(dòng)方向?qū)⑴c電子運(yùn)動(dòng)方向在一條直線上，但方向相反D由于電子受到碰撞，散射后的光子頻率低于入射光的頻率答案D解析光子與靜止的電子碰撞的過(guò)程遵守動(dòng)量守恒和能量守恒，由于電子獲得一部分能量，則光子的能量減小，即頻率降低，所以選項(xiàng)D正確題組二對(duì)光的波粒二象性的理解5(多選)說(shuō)明光具有粒

14、子性的現(xiàn)象是()A光電效應(yīng) B光的干涉C光的衍射 D康普頓效應(yīng)答案AD6(多選)人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了曲折的過(guò)程下列關(guān)于光的本性的陳述符合科學(xué)規(guī)律或歷史事實(shí)的是()A牛頓的“微粒說(shuō)”與愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”本質(zhì)上是一樣的B光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)顯示了光具有波動(dòng)性C麥克斯韋預(yù)言了光是一種電磁波D光具有波粒二象性答案BCD解析牛頓的“微粒說(shuō)”認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒，愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量，顯然A錯(cuò)；干涉、衍射是波的特性，光能發(fā)生干涉說(shuō)明光具有波動(dòng)性，B正確；麥克斯韋根據(jù)光的傳播不需要介質(zhì)，以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等認(rèn)為光是一種電磁波，后來(lái)赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁

15、說(shuō)，C正確；光具有波動(dòng)性與粒子性，稱為光的波粒二象性，D正確7(多選)關(guān)于光的波動(dòng)性與粒子性，以下說(shuō)法正確的是()A愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)否定了光的電磁說(shuō)B光電效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明了光的粒子性C光波不同于機(jī)械波，它是一種概率波D光的波動(dòng)性和粒子性是相互矛盾的，無(wú)法統(tǒng)一答案BC解析愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)并沒(méi)有否定電磁說(shuō)，只是在一定條件下光是體現(xiàn)粒子性的，A錯(cuò)；光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，說(shuō)明光的能量是一份一份的，B對(duì)；光波在少量的情況下體現(xiàn)粒子性，大量的情況下體現(xiàn)波動(dòng)性，所以C對(duì)；光的波動(dòng)性和粒子性不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，D錯(cuò)8下列現(xiàn)象能說(shuō)明光具有波粒二象性的是()A光的色散和光的干涉 B光的干涉和光的衍射C光

16、的反射和光電效應(yīng) D泊松亮斑和光電效應(yīng)答案D解析光的色散、光的反射可以從波動(dòng)性和粒子性兩方面分別予以理解，故A、C選項(xiàng)錯(cuò)誤光的干涉、衍射現(xiàn)象只說(shuō)明光的波動(dòng)性，B選項(xiàng)錯(cuò)誤泊松亮斑能說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)也說(shuō)明光具有粒子性，故D選項(xiàng)正確9(多選)在驗(yàn)證光的波粒二象性的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是()A使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫，如果時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上將會(huì)顯示衍射圖樣B單個(gè)光子通過(guò)狹縫后，底片上會(huì)出現(xiàn)完整的衍射圖樣C光子通過(guò)狹縫的運(yùn)動(dòng)路線是直線D光的波動(dòng)性是大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律答案AD解析個(gè)別或少數(shù)光子表現(xiàn)出光的粒子性，大量光子表現(xiàn)出光的波動(dòng)性，如果時(shí)間足夠長(zhǎng)，通過(guò)狹縫的光子數(shù)也就足夠多，粒子的分布遵從波動(dòng)規(guī)律，底片上將會(huì)顯示出衍射圖樣，A、D選項(xiàng)正確；單個(gè)光子通過(guò)狹縫后，路徑是隨機(jī)的，底片上也不會(huì)出現(xiàn)完整的衍射圖樣，B、C選項(xiàng)錯(cuò)10牛頓為了說(shuō)明光的性質(zhì)，提出了光的微粒說(shuō)，如今人們對(duì)光的性質(zhì)已有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，如圖1所示四個(gè)示意圖所表示的實(shí)驗(yàn)，能說(shuō)明光的性質(zhì)的是()圖1A B C D答案B解析題圖為光的雙孔干涉實(shí)驗(yàn)，可證明光的波動(dòng)性；題圖為光電效應(yīng)實(shí)