2017_2018学年高中物理第二章波粒二象性第三节康普顿效应及其解释教学案粤教版

3光的波粒二象性一、康普顿效应1．光的散射光子在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射．2．康普顿效应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．3．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．4．光子的动量(1)表达式：p＝h λ.(2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大．二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．(2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝h λ.(3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性．2．对光的波粒二象性的理解(1)大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．(2)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．(3)频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．(4)光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性．光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体．三、光是一种概率波在双缝干涉实验中，屏上亮纹的地方，是光子到达概率大的地方，暗纹的地方是光子到达概率小的地方．所以光波是一种概率波．即光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小．在生活中我们会拍很多照片，通常我们都认为，这是由人和景物发出或反射的光波经过照相机的镜头聚焦在底片上形成的．实际上照片上的图像也是由光子撞击底片，使上面的感光材料发生化学反应形成的．下图是用不同曝光量洗印的照片，请你根据自己对光的理解作出说明．用不同曝光量洗印的照片提示：光是一种概率波，在照片的有些地方光子出现的概率大，有些地方光子出现的概率小．在曝光量很小的情况下，在照片上出现的是一些随机分布的光点，随着曝光量的增大，图像逐渐清晰起来．考点一对康普顿效应的理解假定X射线光子与电子发生弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似．按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量E＝hν，而且还有动量．如图所示．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大．同时，光子还使电子获得一定的动量．这样就圆满地解释了康普顿效应．【例1】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．如图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向________运动，并且波长________(填“不变”“变短”或“变长”)．根据碰撞过程中动量、能量均守恒以及动量是矢量分析此题．【解析】因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子可能沿1方向运动，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．【答案】1变长总结提能①宏观世界中物体间的相互作用过程中所遵循的规律，也适用于微观粒子的相互作用过程；②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．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．则在光子与电子的碰撞过程中，下列说法中正确的是(D)A．能量守恒，动量守恒，且碰撞后光子的波长变短B．能量不守恒，动量不守恒，且碰撞后光子的波长变短C．只有碰撞前后两者的运动方向在一条直线上，能量和动量才守恒，且碰撞后光子的波长变长D．能量守恒，动量守恒，且碰撞后光子的波长变长解析：不论碰撞前后光子和电子的运动方向是否在一条直线上，能量和动量均守恒；由于碰撞过程中光子的一部分能量转移给了电子，由E＝hν可知，光子的能量E变小使得频率ν变小，由λ＝c知ν波长λ变长．考点二光的波粒二象性1．大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．3．频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．4．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．【例2】下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是() A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性(1)在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一．(2)光具有波粒二象性是指光在传播过程中和其他物质作用时分别表现出波和粒子的特性．【解析】一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故选项C正确，A、B、D错误．【答案】 C(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是(BCD)A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性解析：牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然选项A错误；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，选项B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等，从而认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，选项C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，选项D正确．考点三对概率波的理解1．单个粒子运动的偶然性我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不确定的．2．大量粒子运动的必然性由波动规律，我们可以准确地知道，大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言．3．概率波体现了波粒二象性的和谐统一概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起．【例3】(多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果有下列认识，其中正确的是() A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子B．单个光子的运动没有确定的轨道C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D．只有大量光子的行为才能表现出波动性光是概率波，单个光子的运动具有偶然性，大量光子的运动具有必然性．【解析】光波是概率波，单个光子没有确定的轨道，其到达某点的概率受波动规律支配，大量光子的行为符合统计规律，受波动规律支配，才表现出波动性，出现干涉中的亮纹或暗纹，故A错误，B、D正确；干涉条纹中的亮纹处是光子到达机会多的地方，暗纹处是光子到达机会少的地方，但也有光子到达，故C正确．故选BCD.【答案】BCD总结提能物质波是一种概率波，但不能将实物粒子的波动性等同于宏观的机械波．更不能理解为粒子做曲线运动；单个光子到达的位置是不确定的，大量光子遵循波动规律．(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子(CD)A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大解析：根据光是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上，当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确．1．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是(C)A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量较大的光子其波动性越显著D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性解析：光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，但有时表现为波动性，有时表现为粒子性，选项A正确；在光的波粒二象性中，频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，选项B正确，C错误；光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，选项D正确．2．有关光的本性，下列说法正确的是(D)A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性解析：19世纪初，人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释．但到了19世纪末又发现了光的新现象——光电效应，证实光具有粒子性．这种现象波动说不能解释，因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和机械粒子．波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一物体的两个不同侧面，不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，选项D正确．3．光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程，对此下列说法正确的是(D)A．两种效应中电子与光子组成的系统都服从动量守恒定律和能量守恒定律B．两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程C．两种效应都属于吸收光子的过程D．光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应相当于光子和电子弹性碰撞的过程解析：光电效应吸收光子放出电子，其过程能量守恒，但动量不守恒，康普顿效应相当于光子与电子弹性碰撞的过程，并且遵守动量守恒定律和能量守恒定律，两种效应都说明光具有粒子性，故D正确．4．下列说法正确的是(B)A．概率波就是机械波B．物质波是一种概率波C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象D．在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则能确定这个光子落在哪个点上解析：概率波与机械波是两个概念，本质不同，选项A、C错误；物质波是一种概率波，符合概率波的特点；在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则不能确定这个光子落在哪个点上，选项D错误，B正确．5．(多选)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样，如图所示．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是(AB)A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝h2meUC．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析：得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A项正确；由德布罗意波波长公式λ＝hp，而动量p＝2mE k＝2meU，所以λ＝h2meU，B项正确；从公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子波长越小，衍射现象就越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故C、D项错误．。

2.3 康普顿效应及其解释课堂互动三点剖析对康普顿效应的理解（1)经典解释（电磁波的解释）单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波.经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能作出合理解释！(2）光子理论解释X 射线为一些E=hν的光子,与自由电子发生完全弹性碰撞，电子获得一部分能量,散射的光子能量减小，频率减小，波长变长。

这个过程设动量守恒与能量守恒仍成立，则由电子：p=m 0v;E=2021v m （设电子开始静止，势能忽略)；光子：p=h/λ;E=hν=h·λc ，由以上几式得:λ—λ0=2sin 220θ-c m h . 其中（h/m 0c)=2。

34×10—12 m 称为康普顿波长。

如图2—3-2图2—3—2各个击破【例题】 在康普顿散射中,入射光子波长为0.03A ，反冲电子的速度为0.6c,求散射光子的波长及散射角.解析：反冲电子的能量增量为ΔE=mc 2-m 0c 2=2206.01-c m -m 0c 2=0.25 m 0c 2由能量守恒定律,电子增加的能量等于光子损失的能量，故有λλhc hc -0=0.25m 0c 2散射光子波长λ==-00025.0λλc m h h 1083134103410030.0103101.925.01063.610030.01063.6-----⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯ =4。

3×10—12m=0.043 A由康普顿散射公式，Δλ=λ-λ0=2sin 220ϕc m h =2×0.024 3sin 22ϕ 可得sin 20243.02030.0043.02⨯-=ϕ=0。

267 5， 散射角为φ=62°17′.答案：0。

043A 62°17′类题演练证明康普顿散射实验中,波长为λ0的一个光子与质量为m 0的静止电子碰撞后，电子的反冲角θ与光子散射角φ之间的关系为tanθ=100)]2tan()1[(-+ϕλc m h . 解析：将动量守恒式写成分量形式mvsinφ-)(λh sinφ=0① mvcosθ+)(λh cosφ=0λh ② 及康普顿效应结论:λ—λ0=2sin 220ϕc m h ③ 由①②得 tanθ=ϕλλϕcos )(sin 0- 上式分子为 sinφ=2sin )21cos()21(ϕϕ 分母为 ϕλλλλϕλλcos )(cos )(0000--+=-将③代入 0λλ-cosφ=2sin 200)2(λϕc m h +·2sin 2)2(ϕ=2sin 2)1(200λϕc m h + 所以tanθ=100)]2tan()1[(-+ϕλc m h 。

第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性[学习目标] 1.了解康普顿效应及其意义.2.知道光的波粒二象性并会分析有关现象.3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波．一、康普顿效应[导学探究] 太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？答案在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播．[知识梳理]1．光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射．2．康普顿效应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．3．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．4．光子的动量(1)表达式：p＝hλ.(2)说明：在康普顿效应中，入射光子与物质中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大．[即学即用] 判断以下说法的正误．(1)光子的动量与波长成反比．( √)(2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．( ×)(3)有些光子发生散射后，其波长变大．( √)二、光的波粒二象性的本质[导学探究] 人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如：光的单缝衍射实验(图A)光的双孔干涉实验(图B)光电效应实验(图C)光的康普顿效应实验(图D)康普顿效应实验等等．(1)在以上实验中哪些体现了光的波动性？哪些体现了光的粒子性？(2)光的波动性和光的粒子性是否矛盾？答案(1)单缝衍射、双孔干涉体现了光的波动性．光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性．(2)不矛盾．大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射．当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应．光具有波粒二象性．[知识梳理]1．对光的波粒二象性2．光子的能量ε＝h ν和动量p ＝hλ，说明了光具有波粒二象性．普朗克常量h 把描述粒子性的能量ε和动量p ，与描述波动性的频率ν、波长λ紧密联系在一起． [即学即用] 判断下列说法的正误．(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．( √ ) (2)光子数量越大，其粒子性越明显．( × )(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．( × ) 三、概率波[导学探究] 双缝干涉实验中(如图1甲所示)，在光屏处放置感光片，并设法减弱光的强度，使光子只能是一个一个地通过狭缝．曝光时间短时，可看到感光片上出现一些无规则分布的亮点，如图乙所示．曝光时间足够长，有大量光子通过狭缝，感光片上出现了规则的干涉条纹，如图丁所示． 如何解释曝光时间较短时的亮点和曝光时间较长时的干涉图样呢？图1答案 图片上的亮点表明，光表现出粒子性，也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道．图丙和图丁图样说明，光的波动性是大量光子表现出来的现象．在干涉条纹中，那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的地方，光波弱的地方是光子到达机会少的地方，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以光波是一种概率波． [知识梳理]1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的．2．大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)光子通过狭缝后落在屏上的位置是可以确定的．( ×)(2)光子通过狭缝后落在屏上亮条纹处的概率大些．( √)(3)电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的．( ×)一、对康普顿效应的理解1．光电效应揭示出光的粒子性，每个光子携带的能量为ε＝hν，爱因斯坦进一步提出光子的动量应为p＝hλ，式中λ为光波的波长．2．康普顿效应不仅有力地验证了光子理论，而且证实了微观领域的现象也严格遵循能量守恒和动量守恒．康普顿效应揭示出光具有粒子性的一面．例1康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．如图2给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向________运动，并且波长________(填“不变”“变短”或“变长”)．图2答案 1 变长解析由于光子不仅具有能量，它还具有动量，因此我们可以根据能量和动量的相关规律进行分析和解答．因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与碰撞前光子动量的方向一致，可见碰撞后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，光子的能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．二、对光的波粒二象性的认识1．大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．3．频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．4．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．例2(多选)对光的认识，以下说法中正确的是( )A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．高频光是粒子，低频光是波C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现得明显答案AD解析个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项为A、D.三、对光的概率波的理解1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的．2．大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波．例3(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大答案CD解析根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确.1．一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来入射时相比( ) A．能量减少B．动量增加C．频率增大D．波长减小答案 A2．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( ) A ．有的光是波，有的光是粒子 B ．光子与电子是同样的一种粒子C ．光的波长越长，其波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著D ．大量光子的行为往往表现出粒子性 答案 C解析 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，A 错误．虽然光子与电子都是微观粒子，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以B 错误．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著，故选项C 正确，D 错误． 3．关于光的本性，下列说法中正确的是( )A ．关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性B ．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C ．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D ．光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来 答案 C选择题(1～6题为单选题，7～9为多选题) 1．频率为ν的光子，具有的能量为h ν，动量为h νc，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射，散射后的光子( ) A ．改变原来的运动方向，但频率保持不变 B ．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大C ．散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反D ．由于电子受到碰撞时会吸收光子的一部分能量，散射后的光子频率低于入射前光子的频率 答案 D解析 由于电子的能量增加，光子的能量减少，所以光子的频率降低． 2．下列各组现象能说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 ．泊松亮斑和光电效应D ．光的反射和光电效应答案 C解析 光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项C 正确．3．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X 射线源．X 射线是一种高频电磁波，若X 射线在真空中的波长为λ，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以ε和p 分别表示X 射线每个光子的能量和动量，则( ) A ．ε＝h λc ，p ＝0 B ．ε＝h λc ，p ＝h λc 2 C ．ε＝hcλ，p ＝0D ．ε＝hcλ，p ＝hλ答案 D解析 根据ε＝h ν，且λ＝h p ，c ＝λν可得X 射线每个光子的能量为ε＝hcλ，每个光子的动量为p ＝hλ.4．在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b 处，则b 处是( )A ．亮纹B ．暗纹C ．既有可能是亮纹也有可能是暗纹D ．以上各种情况均有可能 答案 A解析 由光子按波的概率分布的特点去判断，由于大部分光子都落在b 点，故b 处一定是亮纹，选项A 正确．5．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是( ) A ．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性 B ．光波频率越高，粒子性越明显 C ．能量越大的光子其波动性越显著D ．光的波粒二象性应理解为，在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下光的波动性表现明显 答案 C解析 光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下光的波动性表现明显；个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A、D说法正确；光的频率越高，光子能量越大，粒子性相对波动性越明显，B说法正确，C说法错误．6．关于光的本性，下列说法正确的是( )A．波动性和粒子性是相互矛盾和对立的，因此光具有波粒二象性是不可能的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子往往表现为波动性，个别光子往往表现为粒子性D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性答案 C解析由光的波粒二象性可知：光是同时具有波动性和粒子性的．但是不同于宏观的机械波和宏观粒子，波动性和粒子性是光在不同情况下的表现，是同一客观事物的两个侧面．我们无法用一种学说去解释光的所有行为，只能认为光具有波粒二象性．实际上光是一种概率波，即少数光子的行为往往表现出粒子性，大量光子的行为往往表现出波动性，综上所述选项C 正确．7．物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果，下列认识正确的是( )A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点B．单个光子的运动表现出波动性C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D．只有大量光子的行为才能表现出波动性答案CD解析光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是中央亮纹处，可达95%以上，还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率最小(注意暗纹处并非无光子到达)．故C、D选项正确．8．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是( )A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性答案BCD解析牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然A错；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确．9．为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成感光片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是( )A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，感光片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，感光片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性D．个别光子的运动显示光的粒子性，光只有粒子性没有波动性答案AC解析光的波动性是统计规律的结果，对个别光子我们无法判断它落到哪个位置；对于大量光子遵循统计规律，即大量光子的运动或曝光时间足够长，显示出光的波动性．。

第1节光电效应第2节康普顿效应●课标要求1．知道什么是光电效应，通过实验了解光电效应现象，知道光电效应的瞬时性和极限频率的概念及其与电磁理论的矛盾．2．理解爱因斯坦的光子说及光电方程，并用来解释光电效应现象．3．了解康普顿效应的实验现象，了解光子理论对康普顿效应的解释．4．认识光的波粒二象性，了解玻恩的概率波对光的波粒二象性的解释，了解光在哪些情况下会表现出粒子性或波动性．5．了解人类探索光本质所经历的漫长而曲折的历程，认识科学的探索，是一个不断深入的、永无止境的过程．●教学地位本节教学应注意讲授和讨论相结合，宜从经典物理的局限性开始，引出普朗克量子假说，为后面学习爱因斯坦光子理论做好铺垫，使得教学有清晰的思路和逻辑脉络．做好演示实验是教好光电效应的前提，为改善实验的演示效果，也可以先使验电器带上负电，使指针张开某一角度，光照锌板后，指针张角变小．对光电效应实验结果进行理论解释是教学的难点，教学时可鼓励学生各抒己见，在争论中引出矛盾，促进学生积极思考与发现．通过对康普顿效应的解释进一步认识光的波粒二象性，进而认识光的本质，教学中可适当介绍有关人类对光本质的认识过程，使学生体会到科学探索的道路是曲折的、永无止境的，让学生了解光在什么情况下表现出什么不同的特性，可以举例子加以说明或让学生自己尝试解释一些实例，增进学生对光的波粒二象性和光是一种概率波的理解.●新课导入建议问题导入用弧光灯照射连在验电器上的锌板，验电器的金属箔会张开一个角度．你想知道上述现象的原因吗？图教5－1－1●教学流程设计课前预习安排：1.看教材2.填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒错误!⇓步骤7：完成“探究4”讲解利用数学知识处理物理问题的技巧⇒步骤6：完成“探究3”重在讲解规律方法技巧⇐步骤5：师生互动完成“探究2”方式同完成探究1相同⇐步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇓步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒错误!课标解读重点难点1.知道什么是光电效应及其实验现象．2.理解光子说和爱因斯坦光电效应方程，能够利用它解释光电效应实验现象．3.知道什么是康普顿效应及X射线实验原理．4.理解光的波粒二象性，了解光是一种概率波. 1.光电效应的基本规律、光子说的基本思想．(重点)2.光的波粒二象性及光电效应实验．(重点)3.对光电效应的理解．(难点)4.光是一种概率波的建立过程．(难点)光电效应(1)光电效应现象：在物理学中，在光的照射下电子从物体表面逸出的现象．(2)光电效应的实验规律①发生的条件：每一种金属对应一种光的最小频率，又称极限频率．只有当光的频率大于或等于这个最小频率时，才会产生光电效应．当光的频率小于这个最小频率时，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应．②与光的强度的关系：产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．③发生光电效应所需的时间：从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在10－9_s内发生光电效应．(3)光子说：看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的光子组成的，每一个光子的能量为hν.光在发射和吸收时能量是一份一份的．(4)光电效应方程①表达式：hν＝W＋12mv2.②物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于从金属表面逸出时做功，剩下的表现为电子逸出后的最大初动能．(5)光电效应的应用①光电开关．②光电成像．③光电池．2．思考判断(1)光电效应实验中光照时间越长光电流越大．(×)(2)光电效应实验中入射光足够强就可以有光电流．(×)(3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关．(√)3．探究交流你对光电效应中的“光”是怎样认识的？【提示】这里的光，可以是可见光，也可以是紫外线、X光等.康普顿效应及光的波粒二象性(1)康普顿效应X射线在石墨上散射时，发现部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．这种现象称为康普顿效应．(2)康普顿的理论当光子与电子相互作用时，既遵守能量守恒定律．又遵守动量守恒定律，在碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子，光子能量减少，波长变长．(3)康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．(4)光电效应与康普顿效应当波长较短的X射线或γ射线入射时，产生康普顿效应；当波长较长的可见光或紫外光入射时，主要产生光电效应．(5)光的波粒二象性①光的本性：光子既有粒子的特征，又有波的特征，即光具有波粒二象性．②光是一种电磁波．③当光的波长较长时，光在传播过程中波动性明显；当光的波长较短时，光子与粒子相互作用时，粒子性明显．2．思考判断(1)康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．(√)(2)康普顿效应进一步说明光具有粒子性．(√)(3)光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性．(√)3．探究交流太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中，尽管太阳光线耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？【提示】地球上存在着大气，太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方向；而在太空的真空环境下，光不再散射，只向前传播．光电效应现象及其理解1．光子和光电子是一回事吗？2．只要光照足够强就能有光电子逸出吗？3．光电效应现象中能量守恒吗？1．光电效应中的三组概念的对比2.对光电效应方程hν＝W ＋2mv 2的理解 (1)公式中的12mv 2是光电子的最大初动能，对某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～12mv 2范围内的任何数值． (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程．能量为E ＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W ，则电子离开金属表面时动能最大为12mv 2，根据能量守恒定律可知： hν＝W ＋12mv 2. (3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件．若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k＝hν－W ＞0，亦即hν＞W ，ν＞W h ＝νc ，而νc ＝W h恰好是金属的极限频率．(4)E km －v 曲线．如图5－1－1所示是光电子最大初动能E km 随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图5－1－1(2013·福州一中检测)入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )A ．从光照射金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B ．逸出的光电子的最大初动能将减小C ．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D ．有可能不发生光电效应【解析】 根据光电效应的实验规律知，从光照射金属表面到光电子发射的时间间隔极短，这与光的强度无关，故A 错误；实验规律还指出，逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关，光电流与入射光强度成正比，由此可知，B 、D 错误，C 正确．【答案】 C1．极限频率为ν0的光射照金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W ＝hν0.2．逸出功的大小由金属本身决定，与其他因素无关．3．光电效应的实质是光现象转化为电现象．1．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射频率ν变化的E k —ν图象，已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个E k －ν坐标系中，如图所示中用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的是( )【解析】 依据光电效应方程E k ＝hν－W 可知，E k －ν图线的斜率代表普朗克常量h ，因此钨和锌的E k －ν图线应该平行．图线的横截距代表极限频率ν0，而ν0＝W h，因此钨的ν0小些．综上所述，A 图正确．【答案】 A 对康普顿效应的理解1．X 射线照在石墨上会有什么现象？2．光子和电子碰撞后，波长会改变吗？3．经典理论能解释康普顿现象吗？1．实验现象X射线管发出波长为λ0的X射线，通过小孔投射到散射物石墨上．X射线在石墨上被散射，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．2．康普顿效应与经典物理理论的矛盾按照经典物理理论，入射光引起物质内部带电粒子的受迫振动，振动着的带电粒子从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光．散射光的频率应该等于粒子受迫振动的频率(即入射光的频率)．因此散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应该出现波长变长的散射光．另外，经典物理理论无法解释波长改变与散射角的关系．3．光子说对康普顿效应的解释假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．(1)光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．(2)因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长改变与散射角有关．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．光电效应应用于电子吸收光子的问题，而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．入射光和电子的作用可以看成弹性碰撞，则当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，如图5－1－2给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞过程中动量________(选填“守恒”或“不守恒”)，能量________(选填“守恒”或“不守恒”)，碰后光子可能沿________(选填“1”、“2”或“3”)方向运动，并且波长________(选填“不变”、“变小”或“变长”)．碰前碰后图5－1－2【审题指导】(1)看成弹性碰撞把握动量、能量守恒．(2)利用光的频率与波长的关系ν＝c/λ计算．【解析】光子与电子碰撞过程满足动量守恒和能量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，由矢量合成知识可知碰撞后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．【答案】守恒守恒 1 变长2．科学研究证明，光子有能量也有动量，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λ＜λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′【解析】能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，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能量E＝hν＝h cλ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E′＝hν′＝h cλ′，由E＞E′，可知λ＜λ′，选项C正确．【答案】C对光的波粒二象性的理解1．爱因斯坦光子说中的“粒子”和牛顿微粒说中的“粒子”一样吗？2．哪些实验能说明光具有波动性？3．哪些实验能证明光具有粒子性？1．光的粒子性的含义粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量．(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质．(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性．(3)频率高，波长短的光，粒子性特征显著．2．光的波动性的含义光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性(概率)大小可用波动规律描述．(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．(2)频率低，波长长的光，波动性特征显著．3．光的波粒二象性(1)光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．(2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种行为．(2013·西安一中检测)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是( )A．光的频率越高，衍射现象越容易看到B．光的频率越高，粒子性越显著C．大量光子产生的效果往往显示波动性D．光的波粒二象性否定了光的电磁说【审题指导】(1)波粒二象性是对光本质的描述．(2)频率高低影响光的粒子性和波动性的表现．(3)大量光子波动性显著，少量光子粒子性显著．【解析】光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的电磁说，只是说某些情况下粒子性明显，某些情况下波动性明显，故D 错误．光的频率越高，波长越短，粒子性越明显，波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故B对、A错误．大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性，故C对．【答案】BC1．光的干涉和衍射及偏振说明光具有波动性，而光电效应和康普顿效应是光具有粒子性的例证．2．波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．当光与其他物质发生作用时，表现出粒子的性质；少量或个别光子易显示出光的粒子性；频率高波长短的光，粒子性显著．大量光子在传播时表现为波动性；频率低波长长的光，波动性显著．3．对光的认识，下列说法正确的是( )A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下，光的粒子性表现明显【解析】本题考查光的波粒二象性．光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A选项正确；光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B选项正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C 选项错误，D选项正确．【答案】ABD综合解题方略——光电效应规律的应用(2011·福建高考)爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖，某种金属逸出光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系如图5－1－3所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是________．(填选项前的字母)A．逸出功与ν有关B．E km与入射光强度成正比C．当ν<ν0时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关【规范解答】每种金属的逸出功是由自身因素决定，A错误；由光电效应方程知E km＝hν－W0，E km与ν有关，而与光强无关；当ν<ν0时金属不可能发生光电效应；图中直线与h有关，由此知B、C错误，D正确．【答案】D在理解光电效应方程的基础上，把其数学关系式与数学函数图像结合起来，经分析、推导得出图像的斜率及在图像横、纵坐标轴上的截距所对应的物理量，从而理解它们的物理意义，有效提高自身应用数学解决物理问题的能力.【备课资源】(教师用书独具)X射线的发现1895年11月8日晚，伦琴陷入了深深的沉思．他以前做过一次放电实验，为了确保实验的精确性，他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实，并且用一个没有安装铝窗的阴极管让阴极射线透出．可是现在，他却惊奇地发现，对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕(这个屏幕用于另外一个实验)发出了光．而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片，现在也变成了灰黑色——这说明它们已经曝光了！这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了伦琴的注意，使他产生了浓厚的兴趣．他想：底片的变化，恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线，它甚至能够穿透装底片的袋子．不过目前还不知道它是什么射线，于是取名“X射线”．于是，伦琴开始了对这种神秘的X射线的研究．他先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放电管附近，结果发现屏幕马上发出了亮光．接着，他尝试着拿一些平时不透光的较轻物质——比如书本、橡皮板和木板——放到放电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射线，可是谁也不能把它挡住，在屏幕上几乎看不到任何阴影，它甚至能够轻而易举地穿透15毫米厚的铝板！直到他把一块厚厚的金属板放在放电管与屏幕之间，屏幕上才出现了金属板的阴影——看来这种射线还是没有能力穿透太厚的物质．实验还发现，只有铅板和铂板才能使屏不发光，当阴极管被接通时，放在旁边的照相底片也将被感光，即使用厚厚的黑纸将底片包起来也无济于事．接下来更为神奇的现象发生了，一天晚上，伦琴很晚也没回家，他的妻子来实验室看他，于是他的妻子便成了在那不明辐射作用下在照相底片上留下痕迹的第一人．当时伦琴要求他的妻子用手捂住照相底片．当显影后，夫妻俩在底片上看见了手指骨头和结婚戒指的影象.1896年1月5日，在柏林物理学会会议上展出了很多X射线的照片，同一天，维也纳《新闻报》也报道了发现X射线的消息．这一伟大的发现立即引起人们的极大关注，并很快传遍全世界．在几个月的时间里，数百名科学家为此进行调查研究，一年之中就有上千篇关于X射线的论文问世．伦琴虽然发现了X射线，但当时的人们——包括他本人在内，都不知道这种射线究竟是什么东西．直到20世纪初，人们才知道X射线实质上是一种比光波波长更短的电磁波，它不仅在医学中用途广泛，成为人类战胜许多疾病的有力武器，而且还为今后物理学的重大变革提供了重要的证据．正因为这些原因，在1901年诺贝尔奖的颁奖仪式上，伦琴成为世界上第一个荣获诺贝尔物理学奖的人，人们为了纪念伦琴，将X(未知数)射线命名为伦琴射线.1．(2013·海口检测)在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图5－1－4所示，这时( )图5－1－4A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C 锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电【解析】弧光灯发出的紫外线照射锌板，发生光电效应，有电子从锌板飞出，锌板由于失去电子而带正电；验电器与锌板相连接，指针带正电．故B项正确．【答案】B2．关于光的本性，下列说法中正确的是( )A．光子说并没有否定光的电磁说B．光电效应现象反映了光的粒子性C．光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的D．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性【解析】光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律．光子说和电磁说各自能解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的．【答案】AB3．频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为hν/c，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射．散射后的光子( )A．改变原来的运动方向，但频率保持不变B．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大C．散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反D．由于电子受到碰撞时会吸收光子的一部分能量，散射后的光子频率低于入射光的频率【解析】电子能量增加，光子能量减少，而光速不变，由E ＝hν知，光子频率减小，A、B均错误，D正确．光子散射后运动方向不一定与电子运动方向共线，C错误．【答案】D4．(2012·海南高考)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k，下列说法正确的是________．A．对于同种金属，E k与照射光的强度无关B．对于同种金属，E k与照射光的波长成反比C．对于同种金属，E k与照射光的时间成正比D．对于同种金属，E k与照射光的频率成线性关系E．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k与金属的逸出功成线性关系【解析】E k＝hν－W＝h cλ－W，同种金属最大初动能逸出功相同，最大初动能与照射光强度无关，与照射光的波长有关但不是反比例函数关系，最大初动能与入射光的频率成线性关系，不同种金属，保持入射光频率不变，最大初动能E k与逸出功成线性关系．【答案】ADE。

4.2光电效应(第2课时）〖教材分析〗本节由光电效应方程、康普顿效应和光的波粒二象性三部分组成，其中光电效应方程是本节重点内容，它进一步揭开了光的粒子特性。

光的波粒二象性教材中先通过科学们对光的本性的历史过程简单回顾，引入二象性的理论。

本节教材是对学生进行类比思想方法以及物理兴趣培养的好题材。

〖教学目标与核心素养〗物理观念∶形成光量子初步的物理观念，通过学习康普顿效应解释一些天空为什么是蓝的现象，能应用光的波粒二象性解决一些实际问题。

科学思维∶运用光量子假说成功解释光电效应和康普顿效应，形成光具有能量和动量的思维观念。

科学探究：通过光量子假说分析光电效应的实验规律和康普顿效应。

科学态度与责任∶通过物理学史的学习，使学生能从科学家的工作中感悟科学探究，培养学生类比思想，以及严谨的科学思维。

〖教学重难点〗教学重点：光电效应方程、康普顿效应和光的波粒二象性。

教学难点：光电效应方程和光的波粒二象性。

〖教学准备〗多媒体课件等。

〖教学过程〗一、新课引入复习回顾光电效应的实验规律。

存在截止频率，与频率有关；存在饱和电流，与光强有关；存在遏止电压，与频率有关；光电效应的瞬时性。

光电效应中，光照射的瞬间就发出了光电子，而它的最大时动能以及光电效应的产生条件都跟频率有关。

这和波动理论格格不入，那到底应该如何解释他们。

这引发了物理学家们的认真思考。

二、新课教学（三）爱因斯坦的光电效应理论1.光量子理论能量量子化认为：电磁波的辐射和吸收是不连续的，一份儿一份儿的，每一份叫做一个能量子。

借用这一观点，爱因斯坦提出光量子化模型。

光量子认为：光不但在发射和吸收的时候，能量是一份一份的，而且光本身就是由一份一份的能量子组成的。

光子的能量：E = hν也就是说光其实是由光子组成的，这些光子沿光的传播方向，以光速c 运动。

2.光电效应方程按照爱因斯坦的理论，当光子照到金属上时，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hv ，在这些能量中，一部分大小为W 0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能。

第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性[目标定位] 1.了解康普顿效应及其意义.2.知道光的波粒二象性并会分析有关现象.3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波．一、康普顿效应及其解释1．康普顿效应(1)用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象后来称为康普顿效应．(2)光子的能量为ε＝hν，光子的动量为p＝hλ.2．康普顿对散射光波长变化的解释(1)散射光波长的变化，是入射光子与物质中的电子发生碰撞的结果．(2)物质中电子的动能比入射光子的能量小很多，电子可以看做是静止的．(3)光子与电子作用过程中，总能量、总动量均守恒．(4)光子因与电子相碰，有一部分能量和动量给了电子，光子的能量和动量均减小了，这样，散射光的波长也就变长了．3．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性的本质(1)双缝干涉实验装置如图1所示．图1(2)实验要求：降低光源S的强度，直到入射光减弱到没有两个光子同时存在的程度．(3)实验结果：①短时间，感光片上呈现杂乱分布的亮点．②较长时间，感光片上呈现模糊的亮纹．③长时间，感光片上形成清晰的干涉图样．(4)实验结论：光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象性．2．概率波(1)对干涉实验中明暗条纹的解释每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点，概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹．(2)光波是一种概率波，干涉条纹是光子在感光片上各点概率分布的反映．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、康普顿效应1．实验结果1918年～1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线．人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应．2．光子说对康普顿效应的解释假定X射线光子与电子发生弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似．按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量ε＝hν，而且还有动量．如图2所示．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大．同时，光子还使电子获得一定的动量．这样就圆满地解释了康普顿效应．图2【例1】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图3给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向____________运动，并且波长________(选填“不变”、“变短”或“变长”)．图3答案 1 变长解析根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向运动，由于动量变小，故波长应变长．针对训练在康普顿效应中，光子与电子发生碰撞后，关于散射光子的波长，下列说法正确的是( )A．一定变长B．一定变短C．可能变长，也可能变短D．决定于电子的运动状态答案 A解析因为光子入射的能量很大，比电子的能量要大得多，碰撞时，动量和能量都守恒，碰后一定是电子的动能增加，光子的能量减少，所以散射光子的波长一定变长，选项A正确．二、对光的波粒二象性的理解A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．高频光是粒子，低频光是波D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著答案AD解析光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，D正确；大量光子的效果往往表现出波动性，A正确；光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，B错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，C错误．借题发挥解答此类问题的关键是要理解以下知识要点：(1)光是一种波，同时也是一种粒子，也就是说光具有波粒二象性；(2)光的波动性在光的传播过程中体现出来，具有一定的波长和频率，能够发生干涉和衍射现象；(3)光的粒子性在它与物质的相互作用时体现出来，光子具有一定的能量(ε＝hν)和动量(p＝hλ)．三、对光是概率波的理解1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的．2．大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波．【例3】(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大答案CD解析根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处．当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确.对康普顿效应的理解1．关于康普顿效应，下列说法不正确的是( )A．康普顿在研究X射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动说提供了依据B．X射线散射时，波长改变的多少与散射角有关C．发生散射时，波长较短的X射线或γ射线入射时，产生康普顿效应D．爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说答案 A解析美国物理学家康普顿在研究X射线散射时，发现散射光波长发生了变化，这种现象用波动说无法解释，用光子说却可以解释，A错；波长改变的多少与散射角有关，B对；当波长较短时发生康普顿效应，较长时发生光电效应，C对、D对．2．一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来入射时相比( ) A．散射光子的能量减少B．光子的能量增加，频率也增大C．速度减小D．波长减小答案 A解析由于光子既具有能量，也具有动量，因此在碰撞过程中遵循能量守恒定律，所以光子能量减少，频率减小，波长增大．对光的波粒二象性的理解3．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性答案 C解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性．所以，不能说有的光是波，有的光是粒子；虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子；光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著．故选项C正确，A、B、D错误．4．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是( )A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量越大的光子其波动性越显著D ．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性E ．光的波粒二象性应理解为，在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下光的波动性表现明显 答案 C解析 光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下光的波动性表现明显；个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A 、D 、E 说法正确；光的频率越高，能量越大，粒子性相对波动性越明显，B 说法正确、C 说法错误．(时间：60分钟)题组一 康普顿效应1．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比( ) A ．频率变大 B ．速度变小 C ．光子能量变大 D ．波长变长答案 D解析 光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量均增加，所以光子的动量、能量减小，故C 错误；由λ＝hp、ε＝hν可知光子频率变小，波长变长，故A 错误、D 正确；由于光子速度是不变的，故B 错误．2．光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程，对此下列说法正确的是( )A ．两种效应中电子与光子组成的系统都服从动量守恒定律和能量守恒定律B ．两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程C ．两种效应都属于吸收光子的过程D ．光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应相当于光子和电子弹性碰撞的过程 答案 D解析 光电效应吸收光子放出电子，其过程能量守恒，但动量不守恒，康普顿效应相当于光子与电子弹性碰撞的过程，并且遵守动量守恒定律和能量守恒定律，两种效应都说明光具有粒子性．故D 正确．3．科学研究证明，光子有能量也有动量，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，动量不守恒，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λ＜λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′答案 C解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，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能量ε＝hν＝h cλ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h cλ′，由ε＞ε′可知λ＜λ′，选项C正确．题组二光的波粒二象性4．(多选)说明光具有粒子性的现象是( )A．光电效应B．光的干涉C．光的衍射D．康普顿效应答案AD5．(多选)关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是( )A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B．光电效应现象说明了光的粒子性C．光波不同于机械波，它是一种概率波D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一答案BC解析爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在一定条件下光是体现粒子性的，A错；光电效应说明光具有粒子性，说明光的能量是一份一份的，B对；光子在少量的情况下表现粒子性，大量的情况下表现波动性，所以C对；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，D错．6．下列现象能说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．光的反射和光电效应D．泊松亮斑和光电效应答案 D解析光的色散、光的反射可以从波动性和粒子性两方面分别予以理解，故A、C选项错误．光的干涉、衍射现象只说明光的波动性，B选项错误．泊松亮斑能说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故D选项正确．7．关于光的本性，下列说法正确的是( )A．波动性和粒子性是相互矛盾和对立的，因此光具有波粒二象性是不可能的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子具有波动性，个别光子具有粒子性D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性答案 C解析由光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的．但是不同于宏观的机械波和宏观粒子，波动性和粒子性是光在不同情况下的表现，是同一客观事物的两个侧面．我们无法用一种学说去解释光的所有行为，只能认为光具有波粒二象性．实际上光是一种概率波，即少数光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性，综上所述选项C正确．8．(多选)关于光的性质，下列叙述中正确的是( )A．在其他同等条件下，光的频率越高，衍射现象越容易看到B．频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显著C．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性D．如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向做极有规则的匀速直线运动答案BC解析光具有波粒二象性，频率越高，粒子性越显著；少量光子表现出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的．9．(多选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是( )A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性答案AD10．(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是( )A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性D．个别光子的运动显示光的粒子性，光只有波动性没有粒性答案AC解析光的波动性是统计规律的结果，对个别光子我们无法判断它落到哪个位置；对于大量光子遵循统计规律即大量光子的运动或曝光时间足够长，显示出光的波动性．11．(多选)关于光的波粒二象性，正确的说法是( )A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性答案ABD解析光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越明显，反之波动性越明显，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性，故选项A、B、D正确．12．(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是( )A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性答案BCD解析牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，A错；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确．。

第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性1．用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象称为康普顿效应．2．按照经典电磁理论，散射前后光的频率不变，因而散射光的波长与入射光的波长相等，不应该出现波长变长的散射光．3．光子不仅具有能量，其表达式为ε＝hν，还具有动量，其表达式为p＝hλ.4．光的干涉和衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性；光电效应和康普顿效应则表明，光在与物体相互作用时，必须看成是一颗颗光子的形式出现的，具有粒子性．5．双缝干涉中每次穿过双缝的只有一个光子，它不可能跟其他光子产生干涉．但光的干涉还是发生了．可见，波动性是每一个光子的属性．光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子都无法完整地描述光的所有性质．6．光既有波动性，又有粒子性，我们把光的这种性质叫做光的波粒二象性．7．干涉条纹是光子在感光片上各点的概率分布的反映．这种概率分布就好像波的强度的分布，称光波是一种概率波．基础达标1．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述不符合科学规律或历史事实的是(A)A．牛顿的“ 微粒说” 与爱因斯坦的“ 光子说” 本质上是一样的B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性解析：牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然A错；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确．2．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向________运动，并且波长________(选填“ 不变” 、“ 变短” 或“ 变长” )．解析：根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向运动，由于动量变小，故波长应变长．答案：1 变长3．(多选)下列有关光的说法正确的是(BD)A．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子B．大量光子易表现出波动性，少量光子易表现粒子性C．光有时是波，有时是粒子D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量4．下列实验中，能证实光具有粒子性的是(A)A．光电效应实验B．光的双缝干涉实验C．光的圆孔衍射实验D．泊松亮斑实验解析：光电效应证明光具有粒子性，A正确．光的干涉和衍射可证明光具有波动性．B、C 、D 错误．5．下列现象能说明光具有波粒二象性的是(D )A ．光的色散和光的干涉B ．光的干涉和光的衍射C ．光的反射和光电效应D ．泊松亮斑和光电效应解析：光的色散、光的反射可以从波动性和粒子性两方面分别予以理解，故A 、C 选项错误．光的干涉、衍射现象只说明光的波动性，B 选项错误．泊松亮斑能说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故D 选项正确． 能力提升6．下列关于光的波粒二象性的理解，正确的是(D )A ．大量的光子中有些光子表现出波动性，有些光子表现出粒子性B ．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C ．高频光是粒子，低频光是波D ．波粒二象性是光的属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著解析：光的波粒二象性是光的属性，不论其频率的高低还是光在传播或者是与物质相互作用，光都具有波粒二象性，大量光子的行为易呈现出波动性，个别光子的行为易表现出粒子性，光的频率越高，粒子性越强，光的频率越低，波动性越强，故A 、B 、C 错误，D 正确．7．(多选)下列各种波是概率波的是(CD )A ．声波B ．无线电波C ．光波D ．物质波解析：声波是机械波，A 错．电磁波是一种能量波，B 错．由概率波的概念和光波以及物质波的特点分析可以得知光波和物质波均为概率波，故C 、D 正确．8．根据爱因斯坦的“光子说”可知(B )A ．“光子说”的本质就是牛顿的“微粒说”B ．光的波长越长，光子的能量越小C ．一束单色光的能量可以连续变化D ．只有光子数很多时，光才具有粒子性解析：爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份的，是不连续的，它并不否定光的波动性，而牛顿的“微粒说”与波动说是对立的，因此A 错误．在爱因斯坦的“光子说”中光子的能量ε＝hν＝hc λ；可知波长越长，光子的能量越小，因此B 正确．某一单色光，波长恒定，光子的能量也是恒定的，因此C 错误．大量光子表现为波动性，而少数光子才表现为粒子性，因此D 错误．9．在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b 处，则b 处是(A )A ．亮纹B ．暗纹C ．既有可能是亮纹也有可能是暗纹D ．以上各种情况均有可能解析：由光子按波的概率分布的特点去判断，由于大部分光子都落在b 点，故b 处一定是亮纹，选项A 正确．10．在康普顿效应实验中，X 射线光子的动量为h νc，一个静止的C 原子吸收了一个X 射线光子后将(B )A ．仍然静止B ．沿着光子原来运动的方向运动C ．沿光子运动的相反方向运动D ．可能向任何方向运动解析：由动量守恒定律知，吸收了X 射线光子的原子与光子原来运动方向相同，故正确选项为B.。

高中物理-波粒二象性一、黑体辐射规律1、黑体：只吸收外来电磁波而不反射的理想物体2、黑体辐射的特点黑体的辐射强度按波长分布只与温度有关，与物体的材料和表面形状无关（一般物体的辐射强度按波长分布除与温度有关外，还与物体的材料、表面形状有关）；3、黑体辐射规律：① 随着温度的升高，任意波长的辐射强度都加强② 随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长减小的方向进行；4、普朗克的量子说：透过黑体辐射规律，普朗克认为：电磁皮的辐射和吸收，是不连续的，而是一份一份地进行的，每份叫一个能量子，能量为γεh =。

爱因斯坦受其启发，提出了光子说：光的传播和吸收也是一份一份地进行的，每一份叫一个光子，其能量为νεh =二、光电效应：说明了光具有粒子性，同时说明了光子具有能量1、光电效应现象紫外光照射锌板，锌板的电子获得足够的光子能量，挣脱金属正离子引力，脱离锌板成为光电子；锌板因失去电子而带上正电，于是与锌板相连的验电器也带上正电，金属箔张开。

2、实验原理电路图3、规律：① 存在饱和电流饱和电流：在光电管两端加正向电压时，单位时间到达阳极A 的光电子数增多，光电流越大；但当逸出的光电子全部到达阳极后，再增加正向电压，光电流就达到最大饱和值，称为饱和电流。

② 存在遏止电压在光电管两端加反向电压时，单位时间内到达阳极A 的光电子数减少，光电流减小；当反射电压达到某一值U C 时，光电流减小为零，U C 就叫“遏止电压”。

③ 存在截止频率a 、 截止频率的定义：任何一种金属都有一个极限频率ν0，入射光的频率低于 “极限频率”ν0时，无论入射光多强，都不能发生光电效应，这个极限频率称为 截止频率。

b 、“逸出功”定义：电子从金属表面脱离金属所需克服金属正离子的引力所做的最小功。

要发生光电效应，入射光的能量（h ν）要大于 “逸出功（W ）” 即： 00W hv =④ 光电效应的“瞬时性”——因光电效应发生的时间，即为一个光子与一个电子能量交换 的时间，所以不管光强度如何，发生光电效应的时间极短，不超过10-9s 。

光的波粒二象性一、教学目标1．知识目标：〔1〕了解事物的连续性与分立性是相对的.〔2〕了解光既具有波动性，又具有粒子性.〔3〕了解光是一种概率波.2．能力目标：〔1〕能自己举出实例理解连续性与分立性是相对的.〔2〕能通过日常和实验事例理解概率的意义.〔3〕能领会课本的实验意义.3．德育目标：通过本节课的学习，领会实验是检验真理的惟一标准；体会我们惟有敢于打破旧的传统的经验才能有所创新、有所发现.二、教学重点1．光具有波粒二象性.2．光是一种概率波.三、教学难点1．概率概念.2．光波是概率波.四、教学方法在学生阅读课文及《康普顿效应》材料的基础上对分立性和连续性、概率、光波是概率波等问题展开课堂讨论.由学生回答课本提出的问题，最后由教师归纳，统一认识.五、教学用具CAI课件六、课时安排1 课时七、教学过程〔一〕引入新课干涉和衍射现象说明了光具有波动性.而光电效应现象又无可辩驳地证明了光具有粒子性，这使人们感到困惑，光的面目究竟是什么样的？我们好像很难在脑子里描绘出光既是粒子又是波的图景.所以这一节课我们将继续学习关于光是什么的课题——光的波粒二象性.〔板书课题〕〔二〕进行新课1．布置学生阅读课本.同时思考课本中的“思考与讨论〞及练习二的〔1〕、〔2〕、〔3〕［用时15′］2．课堂讨论2.1 分立与连续是相对的［教师］谁能仿照课本的例子举例说明分立性与连续性是相对的.［学生相互讨论］［学生甲］在地上撒一把米，这些米看起来是分立的，如果直接倒几筐米组成米堆时，测一堆米的体积可以认为它是连续的.［学生乙］下雨天，一开始是雨点，是分立的，下大了以后，就变成了连续的了. ［教师］说的非常好，记得我们学习气体的压强时打过这个比方.雨下大了以后在伞上将产生持续的或者说是连续的压力，对不对？［学生］对.［教师］还有吗？［学生丙］课本的实验，当曝光量很少时，在胶片上是一个一个的点，这时光看起来是分立的.曝光量多的时候就变成亮带了，这时又是连续的.［教师］说的太好了，你分析的很到位.也就是当通过狭缝的光很少时，这时它们就像撒在地上的一把米粒，表现出什么性质？［学生齐答］粒子性.［教师］当曝光量很大时表现出…［学生齐］波动性.［教师归纳］少量光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性.2.2 概率概念［教师］我们现在来讨论概率的意义，概率表征某一事物出现的可能性.让我们来看看课本的思考题，你们能否举例说明有些事件个别出现时看不出什么规律，而大量出现时那么显示出一定的规律性？［学生热烈讨论，有的那么在思考，用时2分钟］［教师］有想发言的吗？［学生想不出事例］［教师启发］课本介绍了在热学一章研究过的伽尔顿板，还记得当时是为分析什么问题？［学生甲］好像是分子热运动的速率.［教师］对.我们知道，温度升高时，不一定每个分子运动的速率都增加，但多数分子的速率在某一个值附近.随着温度的升高这一值会向速率大的方向移动，如图21—4也就是说，个别分子的运动是完全无规律的，但对大量分子所做的统计分析却表现出一种规律——即概率规律.图21—4［教师］有没有在街上看到过一种小的赌博用的像伽尔顿板的东西？你用弹簧把玻璃球弹出.球在钉子间运动最后落在哪一个洞里就得到相应的奖品？［有的学生兴趣盎然地说看过，有人说试过］［教师］明白吗？那也是利用了概率的原理，贵一点的奖品总是在球进去概率比较小的那一格.虽然有个别人会拿到，但对大多数人来说，却只能是赔钱的，轮盘赌也是一样.［学生乙］买彩票也是一样.［教师］对了，所以我们说勤劳致富的概率才是最大的，像上面说的都是可遇不可求的东西.［学生笑］［教师］回到我们课本的实验上来，当曝光量很大时，实验就得到了丁图，那些亮条纹就是光子到达概率多的地方，理解了吗？［学生］理解了.3.3 光波是概率波［教师］让我们首先来想这个问题，光波和机械波有什么不同？［学生甲］机械波在介质中传播，光波可以在真空中传播.不需要介质.［教师］对.比如绳波在绳中传播，是靠一部分对另一部分的作用来使振动传播开去的.但是我们能不能这样设想.相邻的光子之间也有一种相互作用从而形成光波呢？［学生乙］课本已有实验证明了不是这个原因.当每次只让一个光子通过狭缝时，仍然会出现相同的实验结果.［教师］你对课本领会的很好.那么光波确实是和机械波不同了，但是非常奇妙的是，在光的干涉中那些出现明条纹的地方和利用机械波的干涉公式计算的结果刚好又是相符的，即光子在空间各点出现的可能性的大小，可以用波的规律来描述.从这个意义上来说，我们说光是一种波.但光波的干涉图景实际上并非是水波那样波峰和波峰叠加、波峰和波谷叠加的图景.明条纹只是光子到达概率大的地方.尽管这些人觉得不可思议，但这是实验事实，我们必须接受.2.4 归纳光具有波动性也具有粒子性，但它既不是宏观观念的波，也不是宏观观念中的粒子.〔三〕课堂巩固训练分别让学生简述练习二的〔1〕〔2〕〔3〕题［过程略］〔四〕知识拓展为了让学生更好地体会光的本质，提供一份光的本性认识发展简史让学生阅读：光的本性认识史一部光学说的发展史，就是人类认识光本性的认识史.让我们再次作一个简略的回顾，肯定比第一课有更深刻的理解.光的干涉、衍射有力地证明光是一种波.但它是一种什么性质的波呢？两种不同的光波理论1．惠更斯的波动说——把光看作是某种在介质中传播的波.这是一种典型的机械波观念，需借助介质，且波是连续的.2．麦克斯韦的电磁说——把光波看作是一种电磁波两种观点的争论焦点是：光波传播是否需要介质？〔1〕寻找这种介质“以太〞的彻底失败〔本来无一物，何来自寻烦〕.〔2〕电磁波本身就是物质，自身携带能量，无须借助介质传播.〔3〕但还有另一个主要问题还未解决，光波是否就是电磁波？麦克斯韦的电磁场理论证明了电磁场的速度等于光速，并由此看到了两者间的联系.赫兹又从实验得到了证实，光的行为与电磁波的行为一致.从而在理论和实验上证明了光确实是一种电磁波.它揭露出光现象的电磁本质，把光、电、磁统一起来，加深了我们对物质世界的联系的认识.光的电磁说是对光的波动说的扬弃，保留了波的特质，抛弃了它机械振动、传播连续的成分.光电效应现象对光的电磁说提出了严重的挑战，使我们不得不再回到微粒说方面来.3．牛顿的微粒说——把光看作沿直线传播的粒子流.它带有明显的机械运动的痕迹，也无法解释光的干涉、衍射这些现象.但这个学说中仍含有其合理的成分，这就是光的粒子性.4．爱因斯坦抛弃了牛顿微粒说中机械运动的成分，吸收了〔对方——波动说〕电磁辐射量子化的研究成果，把电磁辐射量子化转变、发展成为光行为的量子化，即光子说，重新恢复了光的粒子性的权威.但是，光子的物质性、不连续性并非牛顿微粒说意义下的实物粒子，光子没有静止质量，就个别光子而言，它与宏观质点的运动不同，没有一定的轨道，因而无法对个别光子的行为作出“科学的〞预测，它的行为不服从牛顿经典力学.光子说使光的粒子性有了新的内容.5．在对光本性的认识过程中，惠更斯的波动说和牛顿的微粒说是相互排斥、相互对立的.后来发展成为光的电磁说和光子说.人们发现，这两种相互对立的学说彼此都含有对方的成分，无法划清界线，更无法绝对独立，谁都不能说自己就是客观真理.光学说发展到此，已无法逃避辩证的综合.中国有句古话，叫做两极相通.人们终于明白，光的波动性的粒子性，不过是光这一客观事物矛盾对立的两个方面，它们共存于光这个统一体中，是矛盾的对立统一，彼此以对方存在为前提，这就是光的波粒二象性.它排除了非此即彼的形而上学观念〔这正是形式逻辑的重大特征！〕，建立了亦此亦彼的辩证观念，即在一定条件下承认非此即彼，在另一条件下又承认亦此亦彼.对光来说，一定条件下〔大量光子、传播过程、低频率光〕波动性上升为矛盾主要方面，那么波动性显著；而在另一条件下〔个别光子、光与物质作用、同频率光子〕粒子性上升为矛盾主要方面，那么粒子性显著.所谓彼一时也，此一时也，在微观世界里也存在着.在宏观物体来说不可思议的波粒二象性，在微观世界里却是真实的图景.矛盾啊！然而是事实.只有辩证思维才可以把握.恩格斯曾经指出：“常识在它自己的日常活动X 围内是极可尊敬的东西，但它一跨入广阔的研究领域，就会遇到惊人的变故.形而上学的思维方式，虽然在相当广泛、各依对象的性质而大小不同的领域是正当的，甚至是必要的，可是它每一次迟早都要达到一个界限，一超过这个界限，它就要变成片面的、狭隘的，并且陷入不可解决的矛盾，…〔《反杜林论》P19)一切都依时间、地点、条件为转移，所以要对具体问题作具体分析，才能准确把握对象的情况，作出正确的认识.6．〔1〕光子说并没有否定电磁说.光子有能量E=h ν=hc/λ，光子有动量p=h ν/c=h/λ，E 、p 是粒子特征，ν、λ是波的特征.它们共同揭示了光的波粒二象性，在这两个公式中，光的波粒二象性被很好地统一起来.彼此含有对方的成分，无法分开. 〔2〕课文P251介绍了一个光的波粒二象性怎样统一起来的绝妙实验，从中得出个别光子的行为粒子性显著，大量光子的行为波动性显著.可见，对于宏观物体来说不可想象的波粒二象性，在微观世界中却是不可避免的事实.这里只有一个质的差别：不能把光波看作宏观力学中的介质波、连续波，也不能把光子当作宏观世界中的实物粒子、质点.随着研究对象的不同，我们的观念、方法也要变，宏观现象和微观现象的研究方法、理解方式是很不相同的.总之，要理解多种频率的电磁波〔或者说各种频率的光子〕，就必须综合运用波动观点和粒子观点，这是由于二者是光不可分割的的属性，即波粒二象性.至此，我们终于认识到微观世界具有的特殊规律.〔五〕小结1．光波有一定的频率和波长.光子有一定的能量和动量，是矛盾对立的统一体，彼此含有对方的成分〔 E=h ν=h c〕2．光在传播过程中波动性显著，在与物质作用时粒子性表现显著；大量光子的效果显示出波动性，个别光子的效果那么显示出粒子性；频率越低的光，波动性越显著，频率越高的光，粒子性越显著.〔六〕布置作业阅读课本该节内容〔七〕板书设计★教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。

第三节 康普顿效应及其解释 第四节 光的波粒二象性班级 姓名 学号 评价【自主学习】一、 学习目标1.了解康普顿效应及其解释.2.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系.3.了解光是一种概率波．二、 重点难点1.康普顿效应2.光的波粒二象性的理解三、 问题导学1．在人类认识光的本性的历程中有哪两种代表性学说？2．哪些现象说明光具有波动性？哪些现象说明光具有粒子性？3．单个粒子运动具有什么特征？大量粒子运动遵循什么规律？四、 自主学习（阅读课本P36-40页，《金版学案》P38-40知识点1、2、3）1．用X 射线照射物体时，一部分散射出来的X 射线的波长会____ __，这个现象后来称为___ ___．2．光电效应揭示出光的___ __性，每个光子携带的能量为ε＝h ν，爱因斯坦进一步提出光子的动量应为p ＝_ __，式中λ为光波的_ _．3．康普顿效应再次证明了爱因斯坦_ _的正确性．它不仅证明了光子具有能量，同时还证明了光子具有动量．4．光的__ __实验表明光是一种电磁波，具有波动性；__ __和___ __ _，则表明光在与物体相互作用时，是以一个个光子的形式出现的，具有粒子性．光既有波动性，又有粒子性，单独用波或粒子的解释都__ __完整地描述光的所有性质，人们就把这种性质称为__ _______．5．在光的双缝干涉实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点上．概率大的地方落下的光子__ __，形成亮纹；概率小的地方落下的光子__ _，形成暗纹．这种概率分布就好像波干涉时强度的分布，从这个意义上讲，有人把对光的描述说成是__ ___波．五、要点透析对光的波粒二象性的理解1．人类对光的本性认识发展史2.对光的波粒二象性的理解【预习自测】1．(单选)一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来入射时相比( ) A．散射光子的能量减少B．光子的能量增加，频率也增大C．速度减小D．波长减小2．(单选)下列实验中，能证实光具有粒子性的是( )A．光电效应实验B．光的双缝干涉实验C．光的圆孔衍射实验D．泊松亮斑实验第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性【巩固拓展】课本作业P37讨论交流1、2；课本作业P40练习21．(双选)在下列现象中说明光具有波动性的是( )A．光的直线传播 B．光的衍射C．光的干涉D．光电效应2．在双缝干涉实验中，若在光屏处放上感光片，并使光子流减弱到使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，感光片上出现_ _；如果曝光时间足够长，感光片上出现__ ____．第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性班级姓名学号评价【课堂检测】一、对康普顿效应的理解1．(单选)科学研究证明，光子有能量也有动量，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，动量不守恒，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λ＜λ′ D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′二、对光的波粒二象性的理解2．(单选)对光的认识，以下说法中错误的是 ( )A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C．光表现出波动性时，就不具有粒子性；光表现出粒子性时，就不再具有波动性D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显三、对光是概率波的理解3．双缝干涉实验中(如图甲所示)，在光屏处放置感光片，并设法减弱光的强度，使光子只能是一个一个地通过狭缝．曝光时间短时，可看到感光片上出现一些无规则分布的亮点，如图乙所示．曝光时间足够长，有大量光子通过狭缝，感光片上出现了规则的干涉条纹，如图丁所示．如何解释曝光时间较短时的亮点和曝光时间较长时的干涉图样呢？● 【互动研讨】1．康普顿效应不仅有力地验证了光子理论，而且证实了微观领域的现象也严格遵循能量守恒和 ___守恒．康普顿效应揭示出光具有__ _的一面．2. 光子的能量ε＝h ν和动量p ＝h λ，生动说明了光具有波粒二象性．普朗克常量h 把描述粒子性的_______ _和__ __，与描述波动性的__ ____、_ _ _ ____紧密联系在一起．3．大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的__ __可以通过波动规律确定，所以光波是一种 波．第三节 康普顿效应及其解释 第四节 光的波粒二象性班级 姓名 学号 评价● 【当堂训练】1．(单选)在康普顿效应实验中，X 射线光子的动量为h νc，一个静止的C 原子吸收了一个X 射线光子后将 ( )A ．仍然静止B ．沿着光子原来运动的方向运动C ．沿光子运动的相反方向运动D ．可能向任何方向运动2．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A ．有的光是波，有的光是粒子B ．光子与电子是同样的一种粒子C ．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D ．大量光子的行为往往表现出粒子性3． (双选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子 ( )A．一定落在中央亮纹处 B．可能落在其他亮纹处C．不可能落在暗纹处 D．落在中央亮纹处的可能性最大学习心得：。

⾼中物理选修3-5波粒⼆象性知识点总结 波粒⼆象性是⾼考常考的内容，也是⾼中物理选修3-5课本中的重要知识点，下⾯是店铺给⼤家带来的⾼中物理波粒⼆象性知识点，希望对你有帮助。

⾼中物理选修3-5波粒⼆象性知识点 ⼀、能量量⼦化 1、量⼦理论的建⽴：1900年德国物理学家普朗克提出振动着的带电微粒的能量只能是某个最⼩能量值ε的整数倍，这个不可再分的能量值ε叫做能量⼦ ε= hν h为普朗克常数(6.63×10-34J.S) 2、⿊体：如果某种物体能够完全吸收⼊射的各种波长电磁波⽽不发⽣反射，这种物体就是绝对⿊体，简称⿊体。

3、⿊体辐射：⿊体辐射的规律为：温度越⾼各种波长的辐射强度都增加，同时，辐射强度的极⼤值向波长较短的⽅向移动。

(普朗克的能量⼦理论很好的解释了这⼀现象) ⼆、科学的转折光的粒⼦性 1、光电效应(表明光⼦具有能量) (1)光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步，但是它并不能解释光电效应的现象。

在光(包括不可见光)的照射下从物体发射出电⼦的现象叫做光电效应，发射出来的电⼦叫光电⼦。

(实验图在课本) (2)光电效应的研究结果： 新教材：①存在饱和电流，这表明⼊射光越强，单位时间内发射的光电⼦数越多;②存在遏⽌电压：;③截⽌频率：光电⼦的能量与⼊射光的频率有关，⽽与⼊射光的强弱⽆关，当⼊射光的频率低于截⽌频率时不能发⽣光电效应;④效应具有瞬时性：光电⼦的发射⼏乎是瞬时的，⼀般不超过10-9s。

⽼教材：①任何⼀种⾦属，都有⼀个极限频率，⼊射光的频率必须⼤于这个极限频率，才能产⽣光电效应;低于这个频率的光不能产⽣光电效应;②光电⼦的最⼤初动能与⼊射光的强度⽆关，只随着⼊射光频率的增⼤⽽增⼤;③⼊射光照到⾦属上时，光电⼦的发射⼏乎是瞬时的，⼀般不超过10-9s;④当⼊射光的频率⼤于极限频率时，光电流的强度与⼊射光的强度成正⽐。

(3)光电管的玻璃泡的内半壁涂有碱⾦属作为阴极K(与电源负极相连)，是因为碱⾦属有较⼩的逸出功。

第三节康普顿效应及其解释1．用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象称为康普顿效应。

2．按照经典电磁理论，散射前后光的频率不变，因而散射光的波长与入射光的波长相等，不应该出现波长变长的散射光。

3．光子不仅具有能量，其表达式为ε＝hν，还具有动量，其表达式为p＝错误!。

4．一个光子与静止的电子(电子的速度相对光速而言可以忽略不计)发生弹性碰撞，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小,波长增大，同时光子还使电子获得一定的动量。

5．X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律。

对康普顿效应的理解1.康普顿效应现象用X射线照射物体时，散射出来的X射线的波长会变长的现象称为康普顿效应。

2．康普顿效应的经典解释单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动,向各方向辐射同频率的电磁波。

经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能作出合理解释.3．康普顿效应的光子理论解释X射线为一些ε＝hν的光子，与自由电子发生完全弹性碰撞，电子获得一部分能量，散射的光子能量减少，频率减小，波长变长.（1)光的散射是光在介质中与物质微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的现象。

（2）散射光中也有与入射光有相同波长的射线，这是由于光子与原子碰撞,原子质量很大，光子碰撞后，能量不变，故散射光频率不变。

科学研究证明,光子有能量也有动量，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λ〈λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′解析：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，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能量ε＝hν＝h错误!，当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h错误!，由ε>ε′，可知λ〈λ′，选项C正确。

第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性[学习目标] 1.了解康普顿效应现象．(重点)2.知道康普顿效应进一步说明了光的粒子性．(重点)3.了解光的波粒二象性及其对应统一的关系．(难点)4.知道光是一种概率波．(难点)一、康普顿效应及其解释1．康普顿效应：用光照射物体时，散射出来的光的波长会变长的现象，称为康普顿效应．2．光子的动量：p＝h λ二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性的本质(1)光的干涉和衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性．(2)光电效应和康普顿效应则表明，光在与物体相互作用时，是以一个个光子的形式出现的，具有粒子性．(3)光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整地描述光所有的性质，这种性质称为波粒二象性．2．概率波在光的干涉实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点上．概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹．所以，干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映．这种概率分布就好像波干涉时强度的分布．从这个意义上讲，有人把对光的描述说成是概率波．1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)散射光波长的变化，是入射光与物质中的自由电子发生碰撞的结果．(√)(2)光的电磁理论能够解释康普顿效应．(×)(3)波动性不是每一个光子的属性．(×)(4)单个光子运动具有偶然性，大量光子运动符合统计规律，概率波体现了波粒二象性的和谐统一．(√)(5)描述光性质的最恰当的语言是概率波．(√)2．一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去．则这个散射光子跟原来入射时相比( ) A．散射光子的能量减少B．光子的能量增加，频率也增大C．速度减小D．波长减小A [由于光子既具有能量，也具有动量，因此碰撞过程中遵循能量守恒定律．]3．关于光的本性，下列说法中正确的是 ( )A．关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有粒子性D．光电效应说明光具有粒子性D [光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒．某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象．某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象．要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系，D正确，A、B、C错误．]对康普顿效应的理解单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波．经典理论可以解释频率不变的一般散射，但对康普顿效应不能作出合理解释．2．光子理论解释在X射线散射现象中，假定X射线光子与电子发生完全弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似．按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量ε＝hν，而且还有动量．相对X射线光子的能量，物质中电子的能量是很小的，电子可以近似看作是静止的．如图所示，这个光子与静止的电子发生弹性碰撞，碰撞过程中光子和电子的总能量守恒，总动量也守恒，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长变长．同时，光子要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小，从p＝hλ看，动量p减小也意味着波长λ变大，因此有些光子散射后波长变长了．【例1】(多选)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，除了有与入射波长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，下列说法正确的是( )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BD [康普顿用光子的模型成功地解释了康普顿效应，在散射过程中X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵循动量守恒定律和能量守恒定律，故B、D正确，A、C错误．]对康普顿效应的三点认识1．光电效应应用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应应用于讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．2．假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．3．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．1．科学研究证明，光子有能量也有动量，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λ＜λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′C [光子与电子碰撞过程中，能量守恒，动量也守恒，因光子撞击电子的过程中光子将一部分能量传递给电子，光子的能量减少，由E ＝hc λ可知，光子的波长增大，即λ′＞λ，故C 正确．]对光的波粒二象性的理解1.光的粒子性的含义 粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量．(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质．(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性．(3)频率高，波长短的光，粒子性特征显著．2．光的波动性的含义光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律描述：(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．(2)频率低，波长长的光，波动性特征显著．3．光的波动性、粒子性是统一的(1)光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下的表现不同．(2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种行为．【例2】 (多选)下面关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A ．光电效应现象说明光具有波粒二象性B ．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著C ．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性D ．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性BC [光电效应现象说明光具有粒子性，选项A 错误；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，选项B 正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，选项C 正确；光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是统一的，选项D 错误．]1．光既有波动性又有粒子性，二者是统一的．2．当光表现为波动性时，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已．3．当光表现为粒子性时，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已．2．(多选)下列说法正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光子和电子是不同的两种粒子，但都具有波粒二象性D．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著CD [光同时具有波粒二象性，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著，光的波长越长，越容易观察到其波动特性．光子不同于一般的实物粒子，它没有静止质量，是一个个的能量团，是光的能量的最小单位．选项C、D正确．]课堂小结知识脉络1.康普顿效应说明光具有粒子性．2．光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．3．光子的能量ε＝hν和动量p＝hλ是描述物质的粒子性的重要物理量，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系.1．(多选)能说明光具有波粒二象性的实验是( )A．光的干涉和衍射B．光的干涉和光电效应C．光的衍射和康普顿效应D．光电效应和康普顿效应BC [光的干涉和光的衍射只说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应只说明光具有粒子性，B、C正确．]2．光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明( )A ．光是机械波，且可以携带信息B ．光具有波动性，且可以携带信息C ．光具有粒子性，但不可携带信息D ．光具有波粒二象性，但不可携带信息B [光是一种电磁波，不是机械波，故A 选项错误；光的衍射现象，说明光具有波动性，可以携带信息，故B 选项正确，C 、D 选项错误．]3．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，而且具有动量．如图所示给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子( )A ．可能沿1方向，且波长变短B ．可能沿2方向，且波长变短C ．可能沿1方向，且波长变长D ．可能沿3方向，且波长变长C [因为光子与电子碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与碰前光子的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，光子的能量减小，由E ＝hν＝hc λ知，波长变长．]4.如图所示是一个粒子源．产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光．那么在荧光屏上将看到什么现象？[解析] 由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动性支配，对大量粒子运动到达屏上的某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉条纹．[答案] 有多条明暗相间的条纹。