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 ... ...