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第三节 康普顿效应及其解释 第四节 光的波粒二象性
[学习目标] 1.了解康普顿效应及其意义.2.知道光的波粒二象性并会分析有关现象.3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波．
一、康普顿效应
[导学探究] 太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？
答案 在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播．
[知识梳理]
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
美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．
3．康普顿效应的意义
康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．
4．光子的动量
(1)表达式：p＝.
(2)说明：在康普顿效应中，入射光子与物质中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大．
[即学即用] 判断以下说法的正误．
(1)光子的动量与波长成反比．( √ )
(2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．( × )
(3)有些光子发生散射后，其波长变大．( √ )
二、光的波粒二象性的本质
[导学探究] 人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如：
光的单缝衍射实验(图A)
光的双孔干涉实验(图B)
光电效应实验(图C)
光的康普顿效应实验(图D)
康普顿效应实验等等．
(1)在以上实验中哪些体现了光的波动性？哪些体现了光的粒子性？
(2)光的波动性和光的粒子性是否矛盾？
答案 (1)单缝衍射、双孔干涉体现了光的波动性．
光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性．
(2)不矛盾．大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射．当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应．光具有波粒二象性．
[知识梳理]
1．对光的波粒二象性
2．光子的能量ε＝hν和动量p＝，说明了光具有波粒二象性．普朗克常量h把描述粒子性的能量ε和动量p，与描述波动性的频率ν、波长λ紧密联系在一起．
[即学即用] 判断下列说法的正误．
(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．( √ )
(2)光子数量越大，其粒子性越明显．( × )
(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．( √ )
(4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．( × )
三、概率波
[导学探究] 双缝干涉实验中(如图1甲所示)，在光屏处放置感光片，并设法减弱光的强度，使光子只能是一个一个地通过狭缝．
曝光时间短时，可看到感光片上出现一些无规则分布的亮点，如图乙所示．曝光时间足够长，有大量光子通过狭缝，感光片上出现了规则的干涉条纹，如图丁所示．
如何解释曝光时间较短时的亮点和曝光时间较长时的干涉图样呢？
图1
答案 图片上的亮点表明，光表现出粒子性，也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道．图丙和图丁图样说明，光的波动性是大量光子表现出来的现象．在干涉条纹中，那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的地方，光波弱的地方是光子到达机会少的地方，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以光波是一种概率波．
[知识梳理]
1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的．
