康普顿效应

三维教学目标

1、知识与技能

(1)了解康普顿效应，了解光子的动量

(2)了解光既具有波动性，又具有粒子性;

(3)知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性;

(4)了解光是一种概率波。

2、过程与方法：

(1)了解物理真知形成的历史过程;

(2)了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性;

(3)知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。

3、情感、态度与价值观：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

教学重点：实物粒子和光子一样具有波粒二象性

教学难点：实物粒子的波动性的理解。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备

(一)引入新课

提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢?(光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出不同特性，分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实)。

我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗?

(二)进行新课

1、康普顿效应

(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。

(3)康普顿散射的实验装置与规律：

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!散射中出现 的现象，称为康普顿散射。

康普顿散射曲线的特点：

① 除原波长 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。波长的偏移为

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 无关，

= 0.0241=2.4110-3nm(实验值)

称为电子的Compton波长

只有当入射波长 与 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。

(4)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的关系。

(5)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。

(6)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。

2、光的波粒二象性

讲述光的波粒二象性，进行归纳整理。

(1)我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。

(2)光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波。

3、光的波动性与粒子性是不同条件下的表现：

大量光子行为显示波动性;个别光子行为显示粒子性;光的波长越长，波动性越强;光的波长越短，粒子性越强。光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性。

例题：已知每秒从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.4103J，其中可见光部分约占45%，假设认为可见光的波长均为0.55m，太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地之间距离为R=1.51011m，估算出太阳每秒辐射出的可见光的光子数。(保留两位有效数字)