教科版高中物理选修3-5课件：第四章-第三节-光的波粒二象性--(共49张PPT).pptVIP

一、德布罗意的物质波 X射线经晶体的衍射图 电子射线经晶体的衍射图 类似的实验： 1927年，汤姆逊电子衍射实验 1960年，C.Jonson的电子双缝干涉实验 后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具有波动性。 德布罗意公式成为揭示微观粒子波－粒二象性的统一性的基本公式，1929年，De Broglie因发现电子波而荣获Nobel 物理学奖。 电子显微镜 * 第三节 光的波粒二象性 自主学习 1．光是一种电磁波，具有波动性，具有干涉和衍射等波所特有的性质． 2．光子说：光不仅在发射和吸收时是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，光子的能量ε＝hν. 3．康普顿效应 (1)光的散射：光子在介质中和物体微粒相互作用，使光的传播方向发生偏转，这种现象叫光的散射． (2)康普顿效应：X射线经物质散射后波长变长的现象． 4．光的波粒二象性 (1)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性． (2)光的波动性的证明：光能发生干涉、衍射和色散等波特有的现象． (3)光的粒子性的证明：光在与其他物质相互作用时，能量和动量是以一份一份的形式进行交换的．光电效应现象和康普顿效应证明光具有粒子性． 5．光子的能量ε＝hν，动量p＝h/λ ，两式左侧的ε和p描述光的粒子性，右侧的ν和λ描述光的波动性，两式把粒子性和波动性紧密地联系了起来． 6．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. 问题：什么是康普顿效应？说明了什么？ 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 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。 一.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 =0 O j =45 O j =90 O j =135 O j . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o （A） 0.700 0.750 λ 波长 . . . . . . . ?0 ? 称为电子的Compton波长 只有当入射波长?0与?c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。 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， ?c = 0.0241?=2.41?10-3nm（实验值） 遇到的困难 经典电磁理论在解释康普顿效应时 2. 无法解释波长改变和散射角的关系。 射光频率应等于入射光频率。 其频率等于入射光频率，所以它所发射的散 过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动， 1. 根据经典电磁波理论，当电磁波通 光子理论对康普顿效应的解释 康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的 子能量几乎不变，波长不变。 小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光 光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远 2. 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞， 是散射光的波长大于入射光的波长。 部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于 1. 若光子和外层电子相碰撞，光子有一 结果，具体解释如下： 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。 光子理论对康普顿效应的解释 三.康普顿散射实验的意义 （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