人教版高中物理选修3-5课件：17.2.2 光的粒子性.ppt

1、 1. 通过实验了解光电效应的实验规律。通过实验了解光电效应的实验规律。 2. 知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 3. 了解康普顿效应，了解光子的动量。了解康普顿效应，了解光子的动量。 首先对光的波粒二象性，即光同时具有波的特点和粒子的特性，引出首先对光的波粒二象性，即光同时具有波的特点和粒子的特性，引出 光的另一种特性：粒子性。接着介绍康普顿效应和康普顿散射的实验装置光的另一种特性：粒子性。接着介绍康普顿效应和康普顿散射的实验装置 与规律，通过动画，观察康普顿效应的原理。然后对康普顿效应的疑难部与规律，通过动画，观察康普顿效应的原理。然后对康普顿效应的疑难

2、部 分提出问题，又通过“光子”的概念解释了康普顿效应现象，最后对康普分提出问题，又通过“光子”的概念解释了康普顿效应现象，最后对康普 顿效应的实验意义进行说明。顿效应的实验意义进行说明。 本节内容重点是了解人类对光本性认识的发展史，了解物理学的曲折本节内容重点是了解人类对光本性认识的发展史，了解物理学的曲折 发展过程和研究方法，从而激发学生的学习兴趣，使学生受到辩证唯物主发展过程和研究方法，从而激发学生的学习兴趣，使学生受到辩证唯物主 义教育，初步认识光的波动性与粒子性，且光具有波粒二象性是学习的难义教育，初步认识光的波动性与粒子性，且光具有波粒二象性是学习的难 点。课堂教学中要能够联系以往的

3、学习基础，让学生自己去发现问题、提点。课堂教学中要能够联系以往的学习基础，让学生自己去发现问题、提 出问题，要调动学生学习的积极性，增加视频、动画等多媒体演示，穿插出问题，要调动学生学习的积极性，增加视频、动画等多媒体演示，穿插 介绍物理学史是十分必要的。介绍物理学史是十分必要的。 白天的天空各处都是亮的；航天员在大气外飞行时，尽白天的天空各处都是亮的；航天员在大气外飞行时，尽 管太阳的光线耀眼刺目，其他地方的天空却是黑的，甚至可管太阳的光线耀眼刺目，其他地方的天空却是黑的，甚至可 以看见星星。这是为什么？以看见星星。这是为什么？ 光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改光在介质中与物

4、质微粒相互作用，因而传播方向发生改 变，这种现象叫做变，这种现象叫做光的散射光的散射。 1923 年康普顿在做年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发射线通过物质散射的实验时，发 现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线 波长更长的射线，其波长的改变量与散射角波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射有关，而与入射 线波长和散射物质都无关。线波长和散射物质都无关。 1. 光的散射 2. 康普顿效应 3. 康普顿散射的实验装置与规律 晶体晶体 光光 阑阑 X 射线管射线管 探探 测测 器器 X 射线谱仪射线谱仪 石墨

5、体石墨体 (散射物质散射物质) j 0 散射波长散射波长 康普康普 顿正顿正 在测在测 晶体晶体 对对 X 射线射线 的散的散 射射 按 经 典 电 磁 理 论 ： 如 果 入 射 如 果 入 射 X 光 是 某 种 波 光 是 某 种 波 长 的 电 磁 波 ， 长 的 电 磁 波 ， 散 射 光 的 散 射 光 的 波 长 是 不 会 改 变 的 ！ 波 长 是 不 会 改 变 的 ！ 康普顿散射曲线的特点 (1) 除原波长除原波长 0 外出现了移向外出现了移向 长波方向的新的散射波长长波方向的新的散射波长 。 (2) 新波长新波长 随散射角的增大随散射角的增大 而增大。而增大。 散射中出

6、现散射中出现 0 的现象，称的现象，称 为康普顿散射。为康普顿散射。 波长的偏移为 0 = 45 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （A） 0.700 0.750 波长波长 . . . . . . . 0 = 0 = 90 = 135 康普顿散射 称为电子的称为电子的Compton波长波长 波长的偏移只与散射角波

7、长的偏移只与散射角j j 有关有关，而与散射物质种类及入射而与散射物质种类及入射 的的 X 射线的波长射线的波长 0 无关无关。 c = 0.0241 = 2.41 10-3 nm（实验值）（实验值） 0c(1 cos )jj 只有当入射波长只有当入射波长 0 与与 c 可比拟时，康普顿效应才显著，可比拟时，康普顿效应才显著， 因此要用因此要用 X 射线才能观察到康普顿散射射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到，用可见光观察不到 康普顿散射。康普顿散射。 1. 经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 (1) 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中根据经典电磁波理论，当电磁波通过物

8、质时，物质中 带电粒子将作受迫振动，带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率其频率等于入射光频率，所以，所以 它所发射的它所发射的散射光频率散射光频率应等于应等于入射光频率入射光频率。 (2) 无法解释波长改变和散射角关系。无法解释波长改变和散射角关系。 2. 光子理论对康普顿效应的解释 (1) 若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电 子，子，散射光子散射光子的能量减少，于是的能量减少，于是散射光散射光的波长大于的波长大于入射入射 光光的波长。的波长。 (2) 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞

9、，光子将与整个 原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰 撞理论，撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。 (3) 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长 改变和散射角有关。改变和散射角有关。 1. 有力地支持了爱因斯坦有力地支持了爱因斯坦“光量子”“光量子”假设；假设； 2. 首次在实验上证实了首次在实验上证实了“光子具有动量”“光子具有动量”的假设；的假设； 3. 证实了证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒在微观世界的单个碰撞事

10、件中，动量和能量守恒 定律仍然是成立的。定律仍然是成立的。 康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论 文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种 荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识 到还要用动量守恒。到还要用动量守恒。 （18971897- -19771977） 吴有训吴有训 2 mcE hE 2 c h m 动量能量是描述粒子的 频率和波长则是用来描述波的 2 hhh pmcc cc 1. 康普顿效应康普顿效应 3.

11、康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义 2. 康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 4. 光子的动量光子的动量 1. 关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是 ( ) A. 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一 份叫一个光子份叫一个光子 B. 光是具有质量、能量和体积的物质微粒子光是具有质量、能量和体积的物质微粒子 C. 光子的能量跟它的频率成正比光子的能量跟它的频率成正比 D. 光子客观并不存在，而是人为假设的光子客观并不存在，而是人为假设的 B 2. 能引起人的视觉感应的最小能量为

12、能引起人的视觉感应的最小能量为 1018 J，已知可，已知可 见光的平均波长约为见光的平均波长约为 0.6 m，则进入人眼的光子数至，则进入人眼的光子数至 少为少为 个，恰能引起人眼的感觉。个，恰能引起人眼的感觉。 3 3. 关于光电效应下述说法中正确的是关于光电效应下述说法中正确的是 ( ) A. 光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大 B. 只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一 定能产生光电效应定能产生光电效应 C. 在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率在光电效应中，饱和光电流的大

13、小与入射光的频率 无关无关 D. 任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的 光不能发生光电效应光不能发生光电效应 D 4. 在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想 想看，这种光是否一定最亮？为什么？想看，这种光是否一定最亮？为什么？ 在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率最在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率最 高。但紫光不是最亮的。因为光的亮度由两个因素决定，一高。但紫光不是最亮的。因为光的亮度由两个因素决定，一 为光强，二为人眼的视觉灵敏度。在光强相同的前提下，由为光强，二为

14、人眼的视觉灵敏度。在光强相同的前提下，由 于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿 色光应最亮。色光应最亮。 5. 在光电效应实验中，如果入射光强度增加，将产生什在光电效应实验中，如果入射光强度增加，将产生什 么结果？如果入射光频率增加，又将产生什么结果？么结果？如果入射光频率增加，又将产生什么结果？ 当入射光频率高于截止频率时，光强增加，发射的当入射光频率高于截止频率时，光强增加，发射的 光电子数增多；光电子数增多； 当入射光频率低于截止频率时，无论光当入射光频率低于截止频率时，无论光 强怎么增加，都不会有光电子发射出来。强怎么增加，都不会有光电子发射出来。 入射光的频率增加，发射的光电子最大初动能增加。入射光的频率增加，发射的光电子最大初动能增加。