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4.2.2康普頓效應(yīng)和光的波粒二象性
課前預(yù)習(xí)：
1．康普頓效應(yīng)
(1)光的散射
光子在介質(zhì)中與 相互作用，因而傳播方向 ，這種現(xiàn)象叫作光的散射。
(2)康普頓效應(yīng)
美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外，還有波長(zhǎng) λ0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。
(3)康普頓效應(yīng)的意義
康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有動(dòng)量，深入揭示了光的 的一面。
(4)光子的動(dòng)量
①表達(dá)式：p＝。
②說(shuō)明：在康普頓效應(yīng)中，入射光子與晶體中電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動(dòng)量變小。因此，有些光子散射后波長(zhǎng) 。
2．光的波粒二象粒
(1)光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有 ， 效應(yīng)和 效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性。
(2)光子的能量ε＝ ，光子的動(dòng)量p＝。
(3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有 二象性。
課堂練習(xí)：
例1．美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，用X光對(duì)靜止的電子進(jìn)行照射，照射后電子獲得速度的同時(shí)，X光光子的運(yùn)動(dòng)方向也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因此光子散射后頻率變大
B．康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量
C．X光散射后與散射前相比，速度變小
D．散射后的光子雖然改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向，但頻率保持不變
例2．(多選)下列有關(guān)光的說(shuō)法中，正確的是(　　)
A．有的光是波，有的光是粒子 B．光的干涉現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性
C． 康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性
D． 光具有波粒二象性
課后鞏固：
1．關(guān)于康普頓效應(yīng)，下列說(shuō)法中正確的是(　　)
A．石墨對(duì)X射線散射時(shí)，部分射線的波長(zhǎng)變短
B．康普頓效應(yīng)僅出現(xiàn)在石墨對(duì)X射線的散射中
C．康普頓效應(yīng)證明了光的波動(dòng)性 D．康普頓效應(yīng)證明了光子具有動(dòng)量
2．在下列各組所說(shuō)的兩個(gè)現(xiàn)象中，都表現(xiàn)出光具有粒子性的是(　　)
A．光的折射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象 B．光的反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象
C．光的衍射現(xiàn)象、色散現(xiàn)象 D．光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)
3．美國(guó)物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一方向運(yùn)動(dòng)，光子沿另一方向散射出去，則這個(gè)散射光子跟原來(lái)的光子相比(　　)
A．頻率變大 B．速度變小 C．光子能量變大 D．波長(zhǎng)變長(zhǎng)
4．X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長(zhǎng)為λ，h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量，則(　　)
A．E＝，p＝0 B．E＝，p＝
C．E＝，p＝0 D．E＝，p＝
5．(多選)圖中四幅圖涉及光的粒子性和波動(dòng)性，其中說(shuō)法正確的是(　　)
A．圖甲的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明光具有波粒二象性
B．圖乙說(shuō)明，在光電效應(yīng)中，同一單色入射光越強(qiáng)，飽和電流越大
C．圖丙的“泊松亮斑”說(shuō)明光具有波動(dòng)性，是光通過(guò)小圓孔時(shí)發(fā)生衍射形成的
D．圖丁的康普頓效應(yīng)表明光子具有動(dòng)量，揭示了光的粒子性的一面
4.2.2普頓效應(yīng)和光的波粒二象性
課前預(yù)習(xí)：
1．康普頓效應(yīng)
(1) 物質(zhì)微粒 發(fā)生改變 (2) 大于
(3)康普頓效應(yīng)的意義：粒子性 (4)變大。
2．光的波粒二象粒
(1)波動(dòng)性，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性。
(2)光子的能量ε＝hν (3)波粒
課堂練習(xí)：
例1．答案　B
解析　在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，則光子動(dòng)量減小，但速度仍為光速c，根據(jù)p＝，知光子頻率減小，康普頓效應(yīng)說(shuō)明光不但具有能量而且具有動(dòng)量，揭示了光的粒子性，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。
例2．答案　BCD
解析　一切光都具有波粒二象性，光的有些現(xiàn)象(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動(dòng)性，光的有些現(xiàn)象(如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說(shuō)有的光是波，有的光是粒子，A錯(cuò)誤。康普頓效應(yīng)表明光具有粒子性，CD正確。
課后鞏固：
1．答案　D 解析　在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)X射線的光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，則光子動(dòng)量減小，根據(jù)λ＝，可知部分射線波長(zhǎng)變長(zhǎng)，故A錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)不僅出現(xiàn)在石墨對(duì)X射線的散射中，故B錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)揭示了光具有粒子性，故C錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)進(jìn)一步表明光子具有動(dòng)量，故D正確。
2．答案　D 解析　干涉、衍射、偏振都是光的波動(dòng)性的表現(xiàn)，只有光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)是光的粒子性的表現(xiàn)，A、B、C錯(cuò)誤，D正確。
3．答案　D 解析　光子與自由電子碰撞時(shí)，遵守動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律，自由電子被碰前靜止，被碰后動(dòng)量、能量增加，所以光子的動(dòng)量、能量減小，但速度仍為光速，由ε＝hν知，頻率變小，則波長(zhǎng)變長(zhǎng)，故選項(xiàng)D正確。
4．答案　D 解析　根據(jù)E＝hν，且λ＝，c＝λν，可得X射線每個(gè)光子的能量為E＝，每個(gè)光子的動(dòng)量為p＝，選項(xiàng)D正確。
5．答案　BD 解析　題圖甲的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明光具有粒子性，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；題圖乙中，黃光的強(qiáng)度越大，飽和電流越大，即說(shuō)明在光電效應(yīng)中，同一單色入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，選項(xiàng)B正確；題圖丙的泊松亮斑說(shuō)明光具有波動(dòng)性，是光通過(guò)小圓板時(shí)發(fā)生衍射形成的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；題圖丁的康普頓效應(yīng)表明光子具有動(dòng)量，揭示了光的粒子性的一面，選項(xiàng)D正確。

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