4-2光電效應(yīng)-第二課時(shí)(人教2019選擇性必修第三冊(cè)-)(原卷版)

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第2節(jié)光電效應(yīng)第二課時(shí)康普頓效應(yīng)光的波粒二象性【核心素養(yǎng)目標(biāo)】物理觀念了解康普頓效應(yīng)，知道光子不僅具有能量，而且具有動(dòng)量?？茖W(xué)思維理解光的波粒二象性?？茖W(xué)探究學(xué)習(xí)研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)康普頓效應(yīng)研究過(guò)程科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過(guò)康普頓效應(yīng)和光的波粒二象性知識(shí)應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的緊密聯(lián)系，體會(huì)科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和科學(xué)意識(shí)。知識(shí)點(diǎn)一康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量【知識(shí)梳理】1．康普頓效應(yīng)：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)．2．康普頓效應(yīng)的意義：康普頓效應(yīng)表明光子不僅具有能量而且具有動(dòng)量．3．光子的動(dòng)量(1)表達(dá)式：p＝eq\f(h,λ).(2)說(shuō)明：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，要把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動(dòng)量可能變?。虼耍行┕庾由⑸浜蟛ㄩL(zhǎng)．【重難詮釋】1．康普頓效應(yīng)的解釋假定光子與電子發(fā)生彈性碰撞，按照愛因斯坦的光子說(shuō)，一個(gè)光子不僅具有能量ε＝hν，而且具有動(dòng)量．如圖所示，這個(gè)光子與靜止的電子發(fā)生彈性碰撞，光子把部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給了電子，動(dòng)量由eq\f(h,λ)減小為eq\f(h,λ′)，因此p減小，波長(zhǎng)增大．2．康普頓效應(yīng)的意義康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說(shuō)的正確性．【典例精析】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)“COVID－19”引起的肺炎病人在進(jìn)行CT診斷時(shí)，肺部影像呈白色(“白肺”)，其物理原理是利用X射線穿透人體肺部進(jìn)行掃描并呈現(xiàn)灰度不同的圖像．X射線的穿透量受物質(zhì)吸收程度的影響，吸收程度與物質(zhì)的密度等因素有關(guān)．密度越小，吸收X射線的本領(lǐng)越弱，透過(guò)人體的量就越多，呈現(xiàn)的圖片就越暗，如空氣等．密度越大，吸收X射線的本領(lǐng)越強(qiáng)，透過(guò)人體的量就越少，呈現(xiàn)的圖片為白色，如骨骼等．X射線被物質(zhì)的吸收主要產(chǎn)生兩種效應(yīng)：光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)．依據(jù)以上信息，下列說(shuō)法正確的是()A．光電效應(yīng)現(xiàn)象是愛因斯坦最先發(fā)現(xiàn)的B．X射線光子被原子中的電子全部吸收從原子中飛出變?yōu)榫哂幸欢▌?dòng)能的光電子的現(xiàn)象，屬于光電效應(yīng)，說(shuō)明X射線具有粒子性C．光電效應(yīng)中，X射線頻率越高，從同種原子中飛出的光電子的最大初動(dòng)能越大D．X射線光子只被電子部分吸收，電子能量增大，光子被散射出去，散射光子波長(zhǎng)變長(zhǎng)，這說(shuō)明光子既具有能量又具有動(dòng)量，這屬于康普頓效應(yīng)，說(shuō)明了X射線具有粒子性知識(shí)點(diǎn)二光的波粒二象性【知識(shí)梳理】光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象表明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)表明光具有性，光既具有波動(dòng)性，又具有性，即光具有性．【重難詮釋】1．光的波動(dòng)性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光的干涉和衍射．2．光的粒子性(1)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)．(2)表現(xiàn)：①當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)；②少量或個(gè)別光子容易顯示出光的粒子性．(3)說(shuō)明：①粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的；②光子不同于宏觀觀念的粒子．【典例精析】例3．關(guān)于光的粒子性、波動(dòng)性和波粒二象性，下列說(shuō)法正確的是()A．光子說(shuō)的確立完全否定了波動(dòng)說(shuō)B．光的波粒二象性是指光既與宏觀概念中的波相同又與微觀概念中的粒子相同C．光的波動(dòng)說(shuō)和粒子說(shuō)都有其正確性，但又都是不完善的，都有其不能解釋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象D．光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有波動(dòng)性例4．(多選)下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法正確的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著D.大量光子的行為往往顯示出波動(dòng)性針對(duì)訓(xùn)練一、單選題1．在下列各組現(xiàn)象中，都表現(xiàn)出光具有粒子性的是（）A．光的折射現(xiàn)象、衍射現(xiàn)象B．光的反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象C．光的衍射現(xiàn)象、光電效應(yīng)現(xiàn)象D．光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)現(xiàn)象2．關(guān)于康普頓效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是（）A．康普頓效應(yīng)證明光具有波動(dòng)性B．康普頓效應(yīng)可用經(jīng)典電磁理論進(jìn)行解釋C．康普頓在研究石墨對(duì)射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn)，在散射的射線中，有些波長(zhǎng)變長(zhǎng)了D．康普頓在研究石墨對(duì)射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn)，在散射的射線中，有些波長(zhǎng)變短了3．下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中，正確的是（）A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著D．康普頓效應(yīng)表明光具有波動(dòng)性4．康普頓散射的主要特征是（）A．散射光的波長(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)全然不同B．散射光的波長(zhǎng)有些與入射光的相同，但有些變短了，散射角的大小與散射波長(zhǎng)無(wú)關(guān)C．散射光的波長(zhǎng)有些與入射光的相同，但也有變長(zhǎng)的，也有變短的D．散射光的波長(zhǎng)有些與入射光的相同，有些散射光的波長(zhǎng)比入射光的波長(zhǎng)長(zhǎng)些，且散射光波長(zhǎng)的改變量與散射角的大小有關(guān)5．下列有關(guān)波粒二象性的說(shuō)法中，正確的是（）A．大量光子的行為往往表現(xiàn)出光的粒子性B．光電效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明了光具有波粒二象性C．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性D．實(shí)物粒子不具有波粒二象性6．以下說(shuō)法正確的是（）A．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性B．愛因斯坦指出“光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的”C．光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不再具有波動(dòng)性了D．只有運(yùn)動(dòng)著的微觀粒子才有物質(zhì)波，對(duì)于宏觀物體，不論其是否運(yùn)動(dòng)，都沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波7．科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假設(shè)光子與電子碰撞前的波長(zhǎng)為λ，碰撞后的波長(zhǎng)為λ′，則碰撞過(guò)程中（

）A．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ=λ′ B．能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ=λ′C．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λλ′ D．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λλ′8．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)9．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10．實(shí)驗(yàn)表明：光子與速度不太大的電子碰撞發(fā)生散射時(shí)，光的波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)或者不變，這種現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)，該過(guò)程遵循能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律．如果電子具有足夠大的初速度，以至于在散射過(guò)程中有能量從電子轉(zhuǎn)移到光子，則該現(xiàn)象被稱為逆康普頓效應(yīng)，這一現(xiàn)象已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)．關(guān)于上述逆康普頓效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是A．該過(guò)程不遵循能量守恒定律B．該過(guò)程不遵循動(dòng)量守恒定律C．散射光中存在波長(zhǎng)變長(zhǎng)的成分D．散射光中存在頻率變大的成分11．一臺(tái)激光器發(fā)出的激光功率為P，光束垂直入射到真空中的某一平面，被平面完全反射后頻率保持不變。已知光的波長(zhǎng)為λ，光在真空中的速度為c，下列說(shuō)法正確的是（）A．激光的波長(zhǎng)越短，其光子的動(dòng)量越小B．被平面反射后激光光子的動(dòng)量變大C．增大激光器發(fā)出的激光功率，光束對(duì)平面的壓力增大D．單位時(shí)間里入射到平面的光子數(shù)目為12．康普頓效應(yīng)揭示了光既有能量也有動(dòng)量。如圖所示為X射線中的光子與晶體中的電子在碰撞前、后的示意圖。則碰撞后（）A．光子的動(dòng)量大小不變 B．光子的速度減小C．光子的波長(zhǎng)變長(zhǎng) D．電子的動(dòng)量增加了13．在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中，所用激光的波長(zhǎng)為，每個(gè)激光脈沖中的光子數(shù)目為n，已知普朗克常量為h，光速為c，則（）A．用激光“焊接”視網(wǎng)膜是因?yàn)榧す饩哂懈叨鹊南喔尚訠．激光的頻率為C．激光光子的動(dòng)量為D．每個(gè)激光脈沖的能量為14．2018年11月29日，國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“超分辨光刻裝備研制”通過(guò)驗(yàn)收，該光刻機(jī)光刻分辨力達(dá)到22nm．關(guān)于光的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．光子除了具有