高中物理第四章波粒二象性4.3光的波粒二象性省公开课一等奖新名师优质课获奖课件.pptx

,3,光波粒二象性,1/60,一、康普顿效应,1.,康普顿效应,:X,射线经物,质散射后波长,_,现象。,2.,康普顿效应意义,:,表明光子除了含有能量之外,还,含有动量,深入揭示了光,_,性一面,为光子说提,供了又一例证。,变长,粒子,2/60,【,想一想,】,X,射线经物质散射后波长变长了,其对应光,子能量怎样改变,?,提醒,:,由,=h=,可知,X,射线波长变长,其对应光,子能量减小了。,3/60,二、光波粒二象性,1.,光本性,:,光既含有,_,又含有,_,光含有,_,。,2.,光子能量和动量,:,(1),能量,:=_,。,(2),动量,:p=,。,波动性,粒子性,波粒二象性,h,4/60,3.,意义,:,能量,和动量,p,是描,述物质,_,性主要物理量,;,波,长,和频率,是描述物质,_,性经典物理量。所以,=_,和,p=,揭示了光粒子性和波动性之间,亲密关系。,粒子,波动,h,5/60,4.,光是一个概率波,:,光干涉图样是一条条明暗相间条纹。在明条纹处,表示,抵达,_,即对每一个光子来说,落在明条,纹处,_;,在暗条纹处,抵达,_,即对每,个光子来说,落在此处,_,。可见,光,波是一个概,率波。,光子数多,概率大,光子数少,概率小,6/60,【,判一判,】,(1),光不可能同时含有波动性和粒子性。,(,),(2),光子能量越大,波长越长。,(,),(3),光子经过狭缝后落在屏上位置是确定。,(,),7/60,提醒,:,(1),光波动性和粒子性都是光属性,光含有波,粒二象性,(1),错。,(2),由,=h=,可知,光子能量越大,频率越高,其,波长越短,(2),错。,(3),光子经过狭缝后落在屏上位置不是确定,只是,落在明条纹处概率更大些,(3),错。,8/60,知识点一、对康普顿效应了解,思索探究,:,9/60,观察以上光子与电子相碰过程,思索以下问题,:,(1),光子与电子碰撞后,电子运动了,其运动动能是哪里来,?,(2),光子与电子碰撞后,光子能量怎样改变,?,光波长怎样改变,?,10/60,【,归纳总结,】,1.,试验现象,:,X,射线管发出波长为,0,X,射线,经过小孔投射到散射物石墨上。,X,射线在石墨上被散射,部分散射光波长变长,波长改变多少与散射角相关。,11/60,2.,康普顿效应与经典物理理论矛盾,:,按照经典物理理论,入射光引发物质内部带电粒子受,迫振动,振动着带电粒子从入射光吸收能量,向四面,辐射,这就是散射光。散射光频率应该等于粒子受迫,振动频率,(,即入射光频率,),。所以散射光波长与,入射光波长应该相同,不应该出现波长变长散射光。,另外,经典物理理论无法解释波长改变与散射角关系。,12/60,3.,光子说对康普顿效应解释,:,假定,X,射线光子与电子发生弹性碰撞。,(1),光子和电子相碰撞时,光子有一部分能量传给电子,散射光子能量降低,于是散射光波长大于入射光波长。,(2),因为碰撞中交换能量与碰撞角度相关,所以波长改变与散射角相关。,13/60,【,尤其提醒,】,康普顿效应深入揭示了光粒子性,也再次证实了爱因斯坦光子说正确性。光电效应应用于电子吸收光子问题,;,而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收问题。,14/60,【,典例探究,】,【,典例,】,康普顿效应证实了光子不但含有能量,也含有,动量。入射光和电子作用能够看成弹性碰撞,则当光,子与电子碰撞时,光子一些能量转移给了电子,如图,给出了光子与静止电子碰撞后,电子运动方向,则碰,撞过程中动量,_(,选填,“,守恒,”,或,“,不守恒,”,),能量,_(,选填,“,守恒,”,或,“,不守恒,”,),碰后光子,15/60,可能沿,_(,选填“,1”“2”,或“,3”),方向运动,而且波长,_(,选填“不变”“变小”或“变长”,),。,16/60,【,思绪点拨,】,解答本题应把握能量守恒、动量守恒,熟悉光频率与波长关系。,17/60,【,正确解答,】,光子与电子碰撞过程满足动量守恒和能量守恒,所以碰撞之后光子和电子总动量方向与光子碰前方向一致,由矢量合成知识可知碰后光子方向可能沿,1,方向,不可能沿,2,或,3,方向,;,经过碰撞,光子将一部分能量转移给电子,能量降低,由,=h,知,频率变小,再依据,c=,知,波长变长。,答案,:,守恒守恒,1,变长,18/60,【,过关训练,】,1.,光子有能量,也有动量,动量,p=,它也恪守动量守,恒定律。如图所表示,真空中有一,“,”,形装置,可绕通,过横杆中点竖直轴,OO,在水平面内灵活转动,其中左,边是圆形黑纸片,(,吸收光子,),右边是同左边大小、质量相,同圆形白纸片,(,反射光子,),。,19/60,当用平行白光垂直纸面照射这两个圆面时,关于装置开始转动情况,(,俯视,),以下说法中正确是,(,),A.,顺时针方向转动,B.,逆时针方向转动,C.,都有可能,D.,不会转动,20/60,【,解析,】,选,B,。设入射光子动量为,p,因为黑纸片吸收光子,光子动量改变量大小为,p,1,=p,白纸片反射光子,光子动量改变量大小为,p,2,=2p,依据动量定理,光子对白纸片冲击力大些,故,B,正确。,21/60,2.,当光子和电子碰撞后有没有可能出现光子频率不变情况,?,【,解析,】,有可能,若光子和束缚很紧内层电子相碰撞,光子将与整个原子交换能量,因为光子质量远小于原子质量,依据碰撞理论,碰撞前后光子能量几乎不变,频率不变。,22/60,知识点二、对光波粒二象性了解,思索探究,:,23/60,观察以上图片,思索以下问题,:,(1),图甲中激光经过双缝在屏上看到干涉条纹说明光含有什么特征,?,(2),图乙中紫外线照射锌板验电器金箔张开,说明光含有什么特征,?,(3),应怎样了解光上述两种特征表现,?,24/60,【,归纳总结,】,1.,光粒子性含义,:,爱因斯坦光子说中,“,粒子,”,与牛顿微粒说中,“,粒子,”,是完全不一样概念。光子是一份一份含有能量粒子,其能量与光频率相关,光子说并不否定波动说。,25/60,2.,光波动性含义,:,光波动性是光子本身一个属性,它不一样于宏观波,与惠更斯波动说中,“,波,”,是不一样理论领域中两个不一样概念,它是一个概率波。,26/60,3.,光波动性和粒子性是统一,光含有波粒二象性,:,(1),光粒子性并不否定光波动性,波动性和粒子性都是光本质属性,只是在不一样条件下表现不一样。当光与其它物质发生作用时,表现出粒子性质,;,少许或个别光子易显示出光粒子性,;,频率高波长短光,粒子性显著。大量光子在传输时表现出波动性,;,频率低波长长光,波动性显著。,27/60,(2),只有从波粒二象性角度,才能统一说明光各种表现。光波动性和粒子性是统一。,28/60,【,尤其提醒,】,光干涉和衍射及偏振说明光含有波动性,而光电效应和康普顿效应是光含有粒子性例证。,29/60,【,典例探究,】,【,典例,】,(,多项选择,),关于光波粒二象性了解正确是,(,),A.,大量光子效果往往表现出波动性,个别光子行为,往往表现出粒子性,B.,光在传输时是波,而在物质相互作用时就转变成粒子,C.,高频光是粒子,低频光是波,30/60,D.,波粒二象性是光根本属性,有时它波动性显著,有时它粒子性显著,31/60,【,思绪点拨,】,解答本题时应把握以下三点,:,(1),光波粒二象性对光本质叙述。,(2),频率高低对光粒子性和波动性影响。,(3),光子数量对光粒子性和波动性影响。,32/60,【,正确解答,】,选,A,、,D,。大量光子效果往往表现出波动性,个别光子行为往往表现出粒子性,A,正确,;,频率高光粒子性显著,频率低光波长较长,波动性显著,而不能说高频光是粒子,低频光是波,C,错误,;,波粒二象性是光根本属性,表现为波动性时,只是粒子性不显著而已,不能说光传输时表现为波,而与物质相互作用时变为粒子,故,B,错误,D,正确。,33/60,【,过关训练,】,(,多项选择,),关于光波粒二象性,以下说法中正确是,(,),A.,光频率越高,衍射现象越轻易看到,B.,光频率越高,粒子性越显著,C.,大量光子产生效果往往显示波动性,D.,光波粒二象性否定了光电磁说,34/60,【,解析,】,B,、,C,。光含有波粒二象性,波粒二象性并不否定光电磁说,只是说一些情况下粒子性显著,一些情况下波动性显著,故,D,错误。光频率越高,波长越短,粒子性越显著,波动性越不显著,越不易看到其衍射现象。故,B,对、,A,错误。大量光子行为表现出波动性,个别光子行为表现出粒子性,故,C,对。,35/60,知识点三、对概率波了解,思索探究,:,用极微弱可见光做双缝干涉试验,伴随时间增加,在屏上先后出现如图甲、乙、丙所表示图像。,36/60,观察以上图片,思索以下问题,:,(1),图片甲中光子落点位置杂乱无章,说明什么问题,?,(2),图片丙中出现了明暗相间条纹,你能从中得出什么结论,?,37/60,【,归纳总结,】,1.,正确了解光波动性,:,光干涉现象不是光子之间相互作用使它表现出波,动性,在双缝干涉试验中,使光源,S,非常弱,以致前一,个光子抵达屏后才发射第二个光子。这么就排除了光,子之间相互作用可能性。试验结果表明,尽管单个,光子落点不可预知,但长时间曝光之后依然得到了干,38/60,涉条纹分布。可见,光波动性不是光子之间相互作用引发。,39/60,2.,光波是一个概率波,:,在双缝干涉试验中,光子经过双缝后,对某一个光子而言,不能必定它落在哪一点,但屏上各处明暗条纹不一样亮度,说明光子落在各处可能性即概率是不相同。光子落在明条纹处概率大,落在暗条纹处概率小。这就是说光子在空间出现概率能够经过波动规律来确定,所以说光是一个概率波。,40/60,【,尤其提醒,】,(1),在双缝干涉和单缝衍射暗条纹处也有光子抵达,只是光子数量,“,尤其少,”,极难展现出亮度。,(2),要了解统计规律。对统计规律认识是了解概率波前提。,41/60,【,典例探究,】,【,典例,】,(,多项选择,),在单缝衍射试验中,中央亮纹光强占从单缝射入整个光强,95%,以上。假设现在只让一个光子经过单缝,那么该光子,(,),A.,一定落在中央亮纹处,B.,一定落在亮纹处,C.,可能落在暗纹处,D.,落在中央亮纹处可能性最大,42/60,【,思绪点拨,】,处理本题关键要明确概率波知识,知道概率波规律就是统计规律,单个光子无法确定落在哪个点上,我们只能得出大量光子落点区域。,43/60,【,正确解答,】,选,C,、,D,。依据光波是概率波概念,一个光子经过单缝落在何处,是不可确定,但概率最大是落在中央亮条纹处。当然也可落在其它亮条纹处,还可能落在暗条纹处,不过,落在暗纹处概率很小,故,C,、,D,选项正确。,44/60,【,总结提升,】,关于光子抵达区域了解,光含有波动性,光波动性是统计规律结果,对某个光子我们无法判断它落到哪个位置,我们只能判断大量光子落点区域。同时,我们要明确在暗条纹处,也有光子抵达,只是光子数极少,;,对于经过单缝大量光子而言,绝大多数光子落在中央亮条纹处,只有少数光子落在其它亮条纹处及暗条纹处。,45/60,【,过关训练,】,(,多项选择,),在验证光波粒二象性试验中,以下说法正确是,(,),A.,使光子一个一个地经过单缝,假如时间足够长,底片上会出现衍射图样,B.,单个光子经过单缝后,底片上会出现完整衍射图样,C.,光子经过单缝运动路线像水波一样起伏,46/60,D.,单个光子经过单缝后打在底片情况展现出随机性,大量光子经过单缝后打在底片上情况展现出规律性,47/60,【,解析,】,选,A,、,D,。单个光子经过单缝后打在底片情况展现随机性,.,若时间足够长,大量光子经过单缝后打在底片上情况展现规律性,此时底片上出现衍射图样,故,A,、,D,正确,B,错误。光子经过单缝后整体展现出波动性,但对单个光子,其经过单缝后运动路线并不是波形线,C,错误。,48/60,【,温馨提醒,】,光含有波粒二象性是对光本性最全方面认识,而康普顿效应又是光含有粒子性最有力证据。高考题常结合康普顿散射试验及其结论,对本部分知识进行考查。,49/60,【,拓展例题,】,考查内容,:,康普顿散射特征,康普顿散射主要特征是,(,),A.,散射光波长与入射光波长全然不一样,B.,散射光波长有些与入射光相同,但有些变短了,散射角大小与散射波长无关,C.,散射光波长有些与入射光相同,但也有变长,也有变短,50/60,D.,散射光波长有些与入射光波长相同,有些比入射光波长长些,且散射光波长与散射角大小相关,51/60,【,思绪点拨,】,解答本题关键是熟悉康普顿散射试验现象及其结论。,52/60,【,正确解答,】,选,D,。光子和电子相碰撞,光子有一部分能量传给电子,散射光子能量降低,于是散射光波长大于入射光波长。散射角不一样,能量降低情况不一样,散射光波长也有所不一样。也有一部分光子与整个散射物原子交换能量,因为光子质量远小于原子质量,碰撞前后光子能量几乎不变,波长不变。故,D,正确。,53/60,光电效应与康普顿效应不一样,1.,入射光波长不一样,:,入射光若为可见光或紫外线,则发生光电效应,入射光若为,X,射线,则表现为康普顿效应。,54/60,2.,与入射光子作用电子特点不一样,:,光电效应中与光子作用电子能够认为是束缚电子,光子与其碰撞后需要克服束缚力做功,;,而康普顿效应中电子能够认为是自由电子,光子与电子碰撞过程是能量守恒和动量守恒过程。,55/60,3.,光子与电子作用过程不一样,:,光电效应中光子被电子吸收,为非弹性碰撞,;,康普顿效应中光子与电子作用为弹性碰撞,碰后有光子射出,不是光子被电子吸收。,56/60,【,案例展示,】,(,多项选择,),以下选项正确是,(,),A.,波长较短光,如,X,射线或,射线,入射到散射物上,主要产生光电效应,B.,波长较长可见光或紫外线入射时,主要产生光电效应,C.,波长较短光,如,X,射线或,射线,入射到散射物上,产生康普顿效应,57/60,D.,是否发生光电效应或康普顿效应与入射光波长无关,58/60,【,正确解答,】,选,B,、,C,。发生光电效应或康普顿效应取决于入射光波长,D,错。波长较短光,如,X,射线或,射线,入射到散射物上,产生康普顿效应。波长较长可见光或紫外线入射时,主要产生光电效应。故,B,、,C,正确。,59/60,【,易错分析,】,本题易错选项及错误原因分析以下,:,易错选项,错误原因,A,误认为波长越短,光粒子性越显著,产生光电效应,实际上波长越短,越易发生康普顿效应,D,误认为发生光电效应或康普顿效应,与入射光波长无关,60/60,