人教版选修3-5光的粒子性第2课时分析.ppt

1. 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。 3. 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。 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？ 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。 1923 年康普顿在做 X 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，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射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 光 阑 X 射线管 探测器 X 射线谱仪 石墨体 (散射物质) j ?0 散射波长? 康普顿正在测晶体对 X 射线的散射 按经典电磁理论： 如果入射 X光是某种波长的电磁波， 散射光的波长是不会改变的！ 康普顿散射曲线的特点 (1) 除原波长 ?0 外出现了移向长波方向的新的散射波长 ? 。 (2) 新波长 ? 随散射角的增大而增大。 散射中出现 ? ≠ ?0 的现象，称为康普顿散射。 波长的偏移为 φ = 45° . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ° （A） 0.700 0.750 波长 λ . . . . . . . ?0 ? φ = 0° φ = 90° φ = 135° 康普顿散射 称为电子的Compton波长 波长的偏移只与散射角? 有关，而与散射物质种类及入射的 X 射线的波长 ?0 无关。 λc = 0.0241 ? = 2.41?10-3 nm（实验值） 只有当入射波长 λ0 与 λc 可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用 X 射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。 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，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。 (2) 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) 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，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，根据碰撞理论， 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，所以波长改变和散射角有关。 1. 有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； 2. 首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设； 3. 证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。 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，后来才认识到还要用动量守恒。 （1897-1977） 吴有训 动量能量是描述粒子的 频率和波长则是用来描述波的