1、2.3 康普顿效应及其解释 学案 【学习目标】 （1）了解什么是康普顿效应。 （2）知道光子是具有动量的，并了解光子动量的表达式。 （3）了解康普顿效应用光的电磁理论解释遇到的困难，了解康普顿是如何解释康普顿效 应的。 【学 习重点】 康普顿效应及其解释 【知识要点】 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
2、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。0 康普顿散射曲 线的特点： 除原波长 外出现了移向长波 方向的新的散射波长0 新波长 随散射角的增大而增大。波长的偏移为 0 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 )cos1(0 = 0.0241=2.4110-3nm（实验值）c 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0c 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
3、普顿效应时遇到的困难 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。 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 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。 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。 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 有力地支持了爱因斯坦“光量
4、子”假设 首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；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。 （7）光子的能量和动量 说明：动量能量是描述粒子的，频率和波长则是用来描述波的 【达标训练】 1、光照射到金属表面上，能使金属中的_从表面逸出，这种现象称之为 _，逸出的电子也叫_，使电子脱离金属表面所做的功的最小值 叫_，这种现象说明光具有_性。 2、经典的电磁理论只能解释光是一种，它有_、_等波特有的现象， 但它不能解释光电效应。爱因斯坦对光电效应的解释是：光本身就是由一个一个不可分割 的_组成的，每一个光的能量子被称为一个_，这就是爱因斯坦的 _说。 3、爱因斯坦认为
5、，在光电效应中，金属中的电子吸收一个频率为 的光子获得的能量是 _，这些能量中的一部分用 来克服金属的_，剩下的表现为逸出的光 电子的_，用公式表示为_，这就是著名的爱因斯坦光电 效应方程。 4、光在介质中与物质微粒相互作用，因而_发生改变，这种现象叫光的 _。美国物理学家_在研究石墨对 X 射线的散射时，发现在散射的 X 射线中，除了与入射波长相同的成份外，还有波长_入射波长的成份，这个现象 称为康普顿效应。 5、根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程 Emc 2和光子能量 h，每个光子的质量是 _，按照动量的定义，每个光子的动量为_ _或_。所 以光子具有能量、质量、动量，表现出光具有_性。
6、6、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌 2mcEhhchcP22 板时，验电器指针张开一个角度，如图所示，这时 ( ) A锌板带正电，指针带负电 B锌板带正电，指针带正电 C锌板带负电，指针带正电 D锌板带负电，指针带负电 7、对于任何一种金属，必须满足下列哪种条件，才能发生光电效应 ( ) A入射光的强度大于某一极限强度 B入射光的波长大于某一极限波长 C入射光照射时间大于某一极限时间 D入射光的频率大于某一极限频率 8、某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，若光的频率不变而强度减弱， 那么下述结论中正确的是 ( ) A光的强度减弱到某一
7、数值时，就没有电子逸出 B逸出的电子数减少 C逸出的电子数和最大初动能都减小 D逸出的电子最大初动能不 变 9、用两束频率相同，强度不同的紫外线去照射两种不同金属，都能产生光电效应，则( ) A 因入射光频率相同，产生光电子的最大初动能必相同 B用强度大的紫外线照射时，所产生的光电子的初速度一定大 C从极限波长较长的金属中飞出的光电子的初速度一定大 D由强度大的紫外线所照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定多 10、用某一频率的绿光照射某金属时恰好能产生光电效应，则改用强度相同的蓝光和紫光 分别照射该金属，下列说法正确的是 ( ) A用蓝光照射时，光电子的最大初动能比用紫光照射时小 B用蓝
8、光和紫光照射时，在相同时间内逸出的电子数相同 C用蓝光照射时，在同 样时间内逸出的电子数目较多 D用紫光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多 11、关于光电效应的说法中，正确的有 ( ) A要使光电效应发生，入射光子的能量必须大于原子的电离能 B极限频率的存在，可以表明电子对光子的吸收是一对一的 C增大入射光子的能量，光电子的最大初动能必随着增大 D电子对光子的吸收不存在能量的积累过程 12、已知铯的极限频率为 4.551014Hz，钠的极限频率为 6.001014Hz，银的极限频率为 1.151015Hz，铂的极限频率为 1.531015Hz，当用波长为 0.375m 的光照射它们时，可
9、发生光电效应的是 ( ) A铯 B钠 C银 D铂 13、某种金属的逸出功是 1.25eV，为了使它发生光电效应，照射光的频率至少应为多少？ 或用可见光照射它，能否发生光电效应？ 14、某金属在一束黄光照射下，刚好有电子逸出（即用频率小于黄光的光照射就没有电子 逸出） 。在下述情况下，电子的最大初动能及逸出的电子数目会发生什么变化？（1）增大 光强而不改变光的频率；（2）用一束强度更大的红光代替黄光；（3）用强度相同的紫光 代替黄光 【达标训练参考答案】 1、电子，光电效应，光电子，逸出功，粒子 2、干涉，衍射，能量子，光子，光子 3、h ，逸出功，初动能， h WE k 4、传播方向，散射，康普顿,大于 5、 ，mc， ，粒子 6、B 7、D 8、BD 9、CD 10、AB 11、AC 2ch 12、AB 13、310 14Hz，可以 14、 （1）最大初动能不变，光电子数目增加 （2）无光电子逸出（3）最大初动能增大 ，光电子数目不变 【反思】 收 获 疑 问
