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2019-2020年高中物理 第2章 第3、4節(jié) 康普頓效應及其解釋 光的波粒二象性學案 粵教版選修3-5 1．用X射線照射物體時，一部分散射出來的X射線的波長會變長，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應． 2．按照經典電磁理論，散射前后光的頻率不變，因而散射光的波長與入射光的波長相等，不應該出現(xiàn)波長變長的散射光． 3．光子不僅具有能量，其表達式為ε＝hν，還具有動量，其表達式為p＝. 4．光的干涉和衍射實驗表明，光是一種電磁波，具有波動性；光電效應和康普頓效應則表明，光在與物體相互作用時，必須看成是一顆顆光子的形式出現(xiàn)的，具有粒子性． 5．雙縫干涉中每次穿過雙縫的只有一個光子，它不可能跟其他光子產生干涉．但光的干涉還是發(fā)生了．可見，波動性是每一個光子的屬性．光既有粒子性，又有波動性，單獨使用波或粒子都無法完整地描述光的所有性質． 6．光既有波動性，又有粒子性，我們把光的這種性質叫做光的波粒二象性． 7．干涉條紋是光子在感光片上各點的概率分布的反映．這種概率分布就好像波的強度的分布，稱光波是一種概率波． 1．人類對光的本性的認識經歷了曲折的過程．下列關于光的本性的陳述不符合科學規(guī)律或歷史事實的是(A) A．牛頓的“ 微粒說” 與愛因斯坦的“ 光子說” 本質上是一樣的 B．光的雙縫干涉實驗顯示了光具有波動性 C．麥克斯韋預言了光是一種電磁波 D．光具有波粒二象性 解析：牛頓的“微粒說”認為光是一種物質微粒，愛因斯坦的“光子說”認為光是一份一份不連續(xù)的能量，顯然A錯；干涉、衍射是波的特性，光能發(fā)生干涉說明光具有波動性，B正確；麥克斯韋根據(jù)光的傳播不需要介質，以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等認為光是一種電磁波，后來赫茲用實驗證實了光的電磁說，C正確；光具有波動性與粒子性，稱為光的波粒二象性，D正確． 2．康普頓效應證實了光子不僅具有能量，也有動量，如圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰后光子可能沿方向________運動，并且波長________(選填“ 不變” 、“ 變短” 或“ 變長” )． 解析：根據(jù)動量守恒定律知，光子與靜止電子碰撞前后動量守恒，相碰后合動量應沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向運動，由于動量變小，故波長應變長． 答案：1　變長 3．(多選)下列有關光的說法正確的是(BD) A．光電效應表明在一定條件下，光子可以轉化為電子 B．大量光子易表現(xiàn)出波動性，少量光子易表現(xiàn)粒子性 C．光有時是波，有時是粒子 D．康普頓效應表明光子和電子、質子等實物粒子一樣也具有能量和動量 4．下列實驗中，能證實光具有粒子性的是(A) A．光電效應實驗 B．光的雙縫干涉實驗 C．光的圓孔衍射實驗 D．泊松亮斑實驗 解析：光電效應證明光具有粒子性，A正確．光的干涉和衍射可證明光具有波動性．B、C、D錯誤． 5．下列現(xiàn)象能說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．光的反射和光電效應 D．泊松亮斑和光電效應 解析：光的色散、光的反射可以從波動性和粒子性兩方面分別予以理解，故A、C選項錯誤．光的干涉、衍射現(xiàn)象只說明光的波動性，B選項錯誤．泊松亮斑能說明光具有波動性，光電效應說明光具有粒子性，故D選項正確． 6．下列關于光的波粒二象性的理解，正確的是(D) A．大量的光子中有些光子表現(xiàn)出波動性，有些光子表現(xiàn)出粒子性 B．光在傳播時是波，而與物質相互作用時就轉變成粒子 C．高頻光是粒子，低頻光是波 D．波粒二象性是光的屬性，有時它的波動性顯著，有時它的粒子性顯著 解析：光的波粒二象性是光的屬性，不論其頻率的高低還是光在傳播或者是與物質相互作用，光都具有波粒二象性，大量光子的行為易呈現(xiàn)出波動性，個別光子的行為易表現(xiàn)出粒子性，光的頻率越高，粒子性越強，光的頻率越低，波動性越強，故A、B、C錯誤，D正確． 7．(多選)下列各種波是概率波的是(CD) A．聲波 B．無線電波 C．光波 D．物質波 解析：聲波是機械波，A錯．電磁波是一種能量波，B錯．由概率波的概念和光波以及物質波的特點分析可以得知光波和物質波均為概率波，故C、D正確． 8．根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知(B) A．“光子說”的本質就是牛頓的“微粒說” B．光的波長越長，光子的能量越小 C．一束單色光的能量可以連續(xù)變化 D．只有光子數(shù)很多時，光才具有粒子性 解析：愛因斯坦的“光子說”認為光是一份一份的，是不連續(xù)的，它并不否定光的波動性，而牛頓的“微粒說”與波動說是對立的，因此A錯誤．在愛因斯坦的“光子說”中光子的能量ε＝hν＝；可知波長越長，光子的能量越小，因此B正確．某一單色光，波長恒定，光子的能量也是恒定的，因此C錯誤．大量光子表現(xiàn)為波動性，而少數(shù)光子才表現(xiàn)為粒子性，因此D錯誤． 9．在做雙縫干涉實驗時，發(fā)現(xiàn)100個光子中有96個通過雙縫后打到了觀察屏上的b處，則b處是(A) A．亮紋 B．暗紋 C．既有可能是亮紋也有可能是暗紋 D．以上各種情況均有可能 解析：由光子按波的概率分布的特點去判斷，由于大部分光子都落在b點，故b處一定是亮紋，選項A正確． 10．在康普頓效應實驗中，X射線光子的動量為，一個靜止的C原子吸收了一個X射線光子后將(B) A．仍然靜止 B．沿著光子原來運動的方向運動 C．沿光子運動的相反方向運動 D．可能向任何方向運動 解析：由動量守恒定律知，吸收了X射線光子的原子與光子原來運動方向相同，故正確選項為B.