第四章：第2節光電效應（第2課時）高中物理選擇性必修第三冊制作：陳慶威目錄CONTENT高中物理選擇性必修第三冊康普頓效應和光子的動量光的波粒二象性拓展學習鞏固提升康普頓效應和光子的動量第一部分康普頓效應01.高中物理選擇性必修第三冊

1918?1922年，美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發現在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現象稱為康普頓效應（Compton’seffect）。X-ray

康普頓的學生，中國留學生吳有訓測試了多種物質對X射線的散射，證實了該效應的普遍性。經典力學的困惑02.高中物理選擇性必修第三冊按照經典物理學的理論，入射的電磁波引起物質內部帶電微粒的受迫振動，振動著的帶電微粒進而再次產生電磁波，并向四周輻射，這就是散射波。散射的X射線頻率應該等于帶電粒子受迫振動的頻率，也就是入射X射線的頻率。相應地，X射線的波長也不會在散射中發生變化。因此，康普頓效應無法用經典物理學解釋。光子模型03.高中物理選擇性必修第三冊光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長λ和普朗克常量h有關：愛因斯坦質能方程：光子能量：E=hν光子模型解釋康普頓效應04.高中物理選擇性必修第三冊1.若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。2.若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質量遠小于原子質量，根據碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。3.因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。對現代物理的影響康普頓散射原理被應用于CT掃描技術，極大地提高了醫學成像的精確度和效率。在粒子物理實驗中，光子動量的測量對于探測高能粒子反應和粒子性質至關重要。康普頓效應驗證了光子具有動量，為量子力學的發展提供了關鍵實驗支持。康普頓效應在量子力學中的地位光子動量在粒子物理實驗中的應用康普頓散射在醫學成像中的作用AI篇光的波粒二象性AI篇第二部分牛頓的微粒說牛頓認為光是由微小粒子組成，這些粒子沿直線傳播，解釋了光的直線傳播現象。光的直線傳播理論01牛頓通過棱鏡實驗發現白光是由不同顏色的光粒子混合而成，提出了顏色的粒子理論。顏色的粒子理論02惠更斯和托馬斯·楊的波動說惠更斯提出光波理論，認為光在傳播過程中，每一點都可視為新的波源，形成次級波。惠更斯原理托馬斯·楊通過雙縫實驗證明了光的干涉現象，為波動說提供了有力證據。托馬斯·楊雙縫實驗波動說在19世紀初期面臨牛頓粒子說的挑戰，但實驗結果逐漸支持波動理論。波動說的挑戰與支持麥克斯韋電磁理論麥克斯韋提出電磁場理論，統一了電、磁、光現象，為光的波動性提供了理論基礎。電磁場理論的提出01他建立了描述電磁場基本規律的方程組，預言了電磁波的存在，為光的波動性提供了數學模型。麥克斯韋方程組02麥克斯韋通過電磁理論計算出光速，與實驗測量值一致，進一步證實了光的波動性。光速的理論計算03波動說的實驗支持托馬斯·楊通過雙縫實驗展示了光的干涉現象，為波動說提供了有力證據。托馬斯·楊的雙縫實驗麥克斯韋的電磁理論預測了光波是電磁波的一種，為波動說提供了理論基礎。麥克斯韋電磁理論菲涅耳的衍射實驗進一步證實了光的波動性，解釋了光在遇到障礙物時的傳播方式。菲涅耳的衍射實驗010203愛因斯坦光電效應理論實驗顯示，光照射金屬表面時，只有頻率超過一定閾值的光才能釋放電子，證實了愛因斯坦的理論。光電效應實驗驗證愛因斯坦的理論解釋了光電效應中光能的量子化，即光子能量與頻率成正比，與光強無關。能量量子化愛因斯坦提出光量子假說，認為光由離散的量子組成，這一理論為光電效應提供了理論基礎。光量子假說01、02、03、康普頓效應理論康普頓通過實驗發現X射線與物質相互作用后波長變長，揭示了光的粒子性。康普頓散射實驗康普頓效應的理論解釋基于光子與電子的彈性散射，提出了著名的康普頓散射公式。理論解釋與公式康普頓效應為量子力學提供了重要證據，支持了光具有粒子性質的觀點。量子力學的證實從電磁理論到量子電動力學愛因斯坦在1905年解釋了光電效應，提出光量子假說，為光的粒子性提供了實驗依據。光電效應的發現量子電動力學（QED）是描述電磁相互作用的量子理論，由費曼、施溫格和朝永振一郎等人發展完善。量子電動力學的發展19世紀中葉，麥克斯韋提出了一組描述電磁場行為的方程組，為光的波動性提供了理論基礎。麥克斯韋方程組的提出01、02、03、波動性與粒子性的統一通過雙縫實驗，光表現出干涉和衍射現象，揭示了其波動性，同時光子的單個擊中點又顯示了粒子性。雙縫實驗01康普頓效應中，光子與電子碰撞后波長變化，體現了光的粒子性，同時波長變化的規律符合波動理論。康普頓效應02光的波粒二象性00.高中物理選擇性必修第三冊1.光在傳播過程中表現出波動性，如干涉、衍射、偏振現象。2.光在與物質發生作用時表現出粒子性，如光電效應、康普頓效應。粒子性：E=hν

拓展學習第三部分高中物理選擇性必修第三冊拓展學習總結提升第四部分高中物理選擇性必修第三冊課堂小結0102康普頓效應和光子的動量光的波粒二象性1.光在傳播過程中表現出波動性，如干涉、衍射、偏振現象。2.光在與物質發生作用時表現出粒子性，如光電效應、康普頓效應。國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發現在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現象稱為康普頓效應（Compton’seffect）。例題1例題精選01.高中物理選擇性必修第三冊

【參考答案】C如圖所示，石墨對X射線散射時，發現散射的X射線的波長比入射的X射線波長大，則散射的X射線比入射的X射線（）A．頻率大 B