人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE3第2課時康普頓效應光的波粒二象性〖學習目標〗1.了解康普頓效應及其意義.2.了解光的波粒二象性．一、康普頓效應和光子的動量1．康普頓效應：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．2．康普頓效應的意義：康普頓效應表明光子不僅具有能量而且具有動量．3．光子的動量(1)表達式：p＝eq\f(h,λ).(2)說明：在康普頓效應中，當入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉移給電子，光子的動量可能變?。虼?，有些光子散射后波長變大．二、光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振現象表明光具有波動性，光電效應和康普頓效應表明光具有粒子性，光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．判斷下列說法的正誤．(1)光子的動量與波長成反比．(√)(2)光子發生散射后，其波長變大．(√)(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子．(√)(4)光在傳播過程中，有的光是波，有的光是粒子．(×)一、康普頓效應和光子的動量1．康普頓效應的解釋假定光子與電子發生彈性碰撞，按照愛因斯坦的光子說，一個光子不僅具有能量ε＝hν，而且還有動量．如圖1所示，這個光子與靜止的電子發生彈性碰撞，光子把部分動量轉移給了電子，動量由eq\f(h,λ)減小為eq\f(h,λ′)，因此p減小，波長增大．圖12．康普頓效應的意義康普頓效應進一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性．美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，用X光對靜止的電子進行照射，照射后電子獲得速度的同時，X光光子的運動方向也會發生相應的改變．下列說法正確的是()A．當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉移給電子，因此光子散射后頻率變大B．康普頓效應揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動量C．X光散射后與散射前相比，速度變小D．散射后的光子雖然改變原來的運動方向，但頻率保持不變〖答案〗B〖解析〗在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉移給電子，則光子動量減小，但速度仍為光速c，根據p＝eq\f(hν,c)，知光子頻率減小，康普頓效應說明光不但具有能量而且具有動量，揭示了光的粒子性，故A、C、D錯誤，B正確．科學研究證明，光子既有能量也有動量，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉移給了電子．假設光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為λ′，則碰撞過程中()A．能量守恒，動量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，動量守恒，且λ>λ′〖答案〗C〖解析〗能量守恒定律和動量守恒定律是自然界的普遍規律，既適用于宏觀世界也適用于微觀世界．光子與電子碰撞時遵循這兩個守恒定律，光子與電子碰撞前光子的動量p＝eq\f(h,λ)，當光子與電子碰撞時，光子的一些動量轉移給了電子，光子的動量p′＝eq\f(h,λ′)，又由p＞p′，可知λ<λ′，選項C正確．〖提*示〗光子不僅具有能量ε＝hν，而且還具有動量，光子與物質中的微粒碰撞時要遵守能量守恒定律和動量守恒定律．二、光的波粒二象性1．光的波動性實驗基礎：光的干涉和衍射．2．光的粒子性(1)實驗基礎：光電效應、康普頓效應．(2)表現：①當光同物質發生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現出粒子的性質；②少量或個別光子容易顯示出光的粒子性．(3)說明：①粒子的含義是“不連續”“一份一份”的；②光子不同于宏觀觀念的粒子．(多選)關于光的粒子性、波動性和波粒二象性，下列說法正確的是()A．光子說的確立完全否定了波動說B．光電效應說明光具有波動性C．光的波動說和粒子說都有其正確性，但又都是不完善的，都有其不能解釋的實驗現象D．光的波粒二象性才是對光的本性的正確認識〖答案〗CD〖解析〗光子說的確立，沒有完全否定波動說，使人們對光的本性認識更完善，光既有波動性，又有粒子性，光具有波粒二象性，故A錯誤，D正確；光電效應說明光具有粒子性，故B錯誤；波動說和粒子說都有其正確性，但又都是不完善的，都有其不能解釋的實驗現象，故C正確．(多選)下列有關光的波粒二象性的說法中，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．光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．康普頓效應表明光具有粒子性〖答案〗CD〖解析〗一切光都具有波粒二象性，光的有些現象(如干涉、衍射)表現出波動性，光的有些現象(如光電效應、康普頓效應)表現出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子，A錯誤．電子是實物粒子，有靜止質量，光子不是實物粒子，沒有靜止質量，電子是以實物形式存在的物質，光子是以場形式存在的物質，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子，B錯誤．光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，粒子性就越顯著，C正確．康普頓效應表明光具有粒子性，D正確.1．(康普頓效應)(多選)(2021·石家莊二中高二期中)“COVID－19”引起的肺炎病人在進行CT診斷時，肺部影像呈白色(“白肺”)，其物理原理是利用X射線穿透人體肺部進行掃描并呈現灰度不同的圖像．X射線的穿透量受物質吸收程度的影響，吸收程度與物質的密度等因素有關．密度越小，吸收X射線的本領越弱，透過人體的量就越多，呈現的圖片就越暗，如空氣等．密度越大，吸收X射線的本領越強，透過人體的量就越少，呈現的圖片為白色，如骨骼等．X射線被物質的吸收主要產生兩種效應：光電效應和康普頓效應．依據以上信息，下列說法正確的是()A．光電效應現象是愛因斯坦最先發現的B．X射線光子被原子中的電子全部吸收從原子中飛出變為具有一定動能的光電子的現象，屬于光電效應，說明X射線具有粒子性C．光電效應中，X射線頻率越高，從同種原子中飛出的光電子的最大初動能越大D．X射線光子只被電子部分吸收，電子能量增大，光子被散射出去，散射光子波長變長，這說明光子既具有能量又具有動量，這屬于康普頓效應，說明了X射線具有粒子性〖答案〗BCD〖解析〗光電效應現象是赫茲最先發現的，故A錯誤；X射線光子被原子中的電子全部吸收從原子中飛出變為具有一定動能的光電子的現象，屬于光電效應，說明X射線具有粒子性，故B正確；根據光電效應方程Ek＝hν－W0可知，光電效應中，X射線頻率越高，從同種原子中飛出的光電子的最大初動能越大，故C正確；X射線光子只被電子部分吸收，電子能量增大，光子被散射出去，散射光子波長變長，這說明光子既具有能量又具有動量，這屬于康普頓效應，說明了X射線具有粒子性，故D正確．2．(光的波粒二象性)關于光的波粒二象性，下列說法中不正確的是()A．波粒二象性指光有時表現為波動性，有時表現為粒子性B．光的頻率越高，粒子性越明顯C．能量越大的光子其波動性越顯著D．光的波粒二象性應理解為：在某種場合下光的粒子性表現明顯，在另外某種場合下的光的波動性表現明顯〖答案〗C〖解析〗波粒二象性指光有時表現出的粒子性明顯，有時表現出的波動性較明顯，或者說在某種場合下光的粒子性表現明顯，在另外某種場合下，光的波動性表現明顯，A、D說法正確；光的頻率越高，能量越大，粒子性相對波動性越明顯，B說法正確，C說法錯誤．3．(光的波粒二象性)(2021·湖北高二期中)下列關于光的本性的說法中正確的是()A．光不可能同時既具有波動性，又具有粒子性B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C．光的干涉、衍射現象說明光具有波動性，光電效應說明光具有粒子性D．頻率低、波長長的光，粒子性特征顯著；頻率高、波長短的光，波動性特征顯著〖答案〗C〖解析〗光具有波粒二象性，不能把光看成宏觀概念上的波，故A、B錯誤．干涉和衍射是波的特有現象，光的干涉、衍射現象說明光具有波動性，光電效應和康普頓效應說明光具有粒子性，故C正確．頻率低、波長長的光，波動性特征顯著，頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著，故D錯誤．第2課時康普頓效應光的波粒二象性〖學習目標〗1.了解康普頓效應及其意義.2.了解光的波粒二象性．一、康普頓效應和光子的動量1．康普頓效應：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．2．康普頓效應的意義：康普頓效應表明光子不僅具有能量而且具有動量．3．光子的動量(1)表達式：p＝eq\f(h,λ).(2)說明：在康普頓效應中，當入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉移給電子，光子的動量可能變?。虼?，有些光子散射后波長變大．二、光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振現象表明光具有波動性，光電效應和康普頓效應表明光具有粒子性，光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．判斷下列說法的正誤．(1)光子的動量與波長成反比．(√)(2)光子發生散射后，其波長變大．(√)(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子．(√)(4)光在傳播過程中，有的光是波，有的光是粒子．(×)一、康普頓效應和光子的動量1．康普頓效應的解釋假定光子與電子發生彈性碰撞，按照愛因斯坦的光子說，一個光子不僅具有能量ε＝hν，而且還有動量．如圖1所示，這個光子與靜止的電子發生彈性碰撞，光子把部分動量轉移給了電子，動量由eq\f(h,λ)減小為eq\f(h,λ′)，因此p減小，波長增大．圖12．康普頓效應的意義康普頓效應進一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性．美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，用X光對靜止的電子進行照射，照射后電子獲得速度的同時，X光光子的運動方向也會發生相應的改變．下列說法正確的是()A．當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉移給電子，因此光子散射后頻率變大B．康普頓效應揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動量C．X光散射后與散射前相比，速度變小D．散射后的光子雖然改變原來的運動方向，但頻率保持不變〖答案〗B〖解析〗在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉移給電子，則光子動量減小，但速度仍為光速c，根據p＝eq\f(hν,c)，知光子頻率減小，康普頓效應說明光不但具有能量而且具有動量，揭示了光的粒子性，故A、C、D錯誤，B正確．科學研究證明，光子既有能量也有動量，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉移給了電子．假設光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為λ′，則碰撞過程中()A．能量守恒，動量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，動量守恒，且λ>λ′〖答案〗C〖解析〗能量守恒定律和動量守恒定律是自然界的普遍規律，既適用于宏觀世界也適用于微觀世界．光子與電子碰撞時遵循這兩個守恒定律，光子與電子碰撞前光子的動量p＝eq\f(h,λ)，當光子與電子碰撞時，光子的一些動量轉移給了電子，光子的動量p′＝eq\f(h,λ′)，又由p＞p′，可知λ<λ′，選項C正確．〖提*示〗光子不僅具有能量ε＝hν，而且還具有動量，光子與物質中的微粒碰撞時要遵守能量守恒定律和動量守恒定律．二、光的波粒二象性1．光的波動性實驗基礎：光的干涉和衍射．2．光的粒子性(1)實驗基礎：光電效應、康普頓效應．(2)表現：①當光同物質發生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現出粒子的性質；②少量或個別光子容易顯示出光的粒子性．(3)說明：①粒子的含義是“不連續”“一份一份”的；②光子不同于宏觀觀念的粒子．(多選)關于光的粒子性、波動性和波粒二象性，下列說法正確的是()A．光子說的確立完全否定了波動說B．光電效應說明光具有波動性C．光的波動說和粒子說都有其正確性，但又都是不完善的，都有其不能解釋的實驗現象D．光的波粒二象性才是對光的本性的正確認識〖答案〗CD〖解析〗光子說的確立，沒有完全否定波動說，使人們對光的本性認識更完善，光既有波動性，又有粒子性，光具有波粒二象性，故A錯誤，D正確；光電效應說明光具有粒子性，故B錯誤；波動說和粒子說都有其正確性，但又都是不完善的，都有其不能解釋的實驗現象，故C正確．(多選)下列有關光的波粒二象性的說法中，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．光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．康普頓效應表明光具有粒子性〖答案〗CD〖解析〗一切光都具有波粒二象性，光的有些現象(如干涉、衍射)表現出波動性，光的有些現象(如光電效應、康普頓效應)表現出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子，A錯誤．電子是實物粒子，有靜止質量，光子不是實物粒子，沒有靜止質量，電子是以實物形式存在的物質，光子是以場形式存在的物質，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子，B錯誤．光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，粒子性就越顯著，C正確．康普頓效應表明光具有粒子性，D正確.1．(康普頓效應)(多選)(2021·石家莊二中高二期中)“COVID－19”引起的肺炎病人在進行CT診斷時，肺部影像呈白色(“白肺”)，其物理原理是利用X射線穿透人體肺部進行掃描并呈現灰度不同的圖像．X射線的穿透量受物質吸收程度的影響，吸收程度與物質的密度等因素有關．密度越小，吸收X射線的本領越弱，透過人體的量就越多，呈現的圖片就越暗，如空氣等．密度越大，吸收X射線的本領越強，透過人體的量就越少，呈現的圖片為白色，如骨骼等．X射線被物質的吸收主要產生兩種效應：光電效應和康普頓效應．依據以上信息，下列說法正確的是()A．光電效應現象是愛因斯坦最先發現的B．X射線光子被原子中的電子全部吸收從原子中飛出變為具有一定動能的光電子的現象，屬于光電效應，說明X射線具有粒子性C．光電效應中，X射線頻率越高，從同種原子中飛出的光電子的最大初動能越大D．X射線光子只被電子部分吸收，電子能量增大，光子被散射出去，散射光子波長變長，這說明光子既具有能量又具有動量，這屬于康普頓效應，說明了X射線具有粒子性〖答案〗BCD〖解析〗光電效應現象是赫茲最先發現的，故A錯誤；X射線光子被原子中的電子全部吸收從原子中飛出變為具有一定動能的光電子的現象，屬于光電效應，說明X射線具有粒子性，故B正確；根據光電效應方程Ek＝hν－W0可知，光電效應中，X射線頻率越高，從同種原子中飛出的光電子