2022年高中物理 《康普頓效應(yīng)及其解釋》教案 粵教版選修3-5

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1、2022年高中物理 康普頓效應(yīng)及其解釋教案 粵教版選修3-5三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能(1)了解康普頓效應(yīng),了解光子的動(dòng)量(2)了解光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性;(3)知道實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性;(4)了解光是一種概率波。2、過(guò)程與方法:(1)了解物理真知形成的歷史過(guò)程;(2)了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)事實(shí)以及實(shí)驗(yàn)對(duì)于物理研究的重要性;(3)知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀:領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧,發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲,樂(lè)于探究自然界的奧秘,能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學(xué)重點(diǎn):實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性教學(xué)難點(diǎn):實(shí)物粒子的波動(dòng)性的

2、理解。教學(xué)方法:教師啟發(fā)、引導(dǎo),學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具:投影片,多媒體輔助教學(xué)設(shè)備(一)引入新課提問(wèn):前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實(shí)表現(xiàn),那么我們究竟怎樣來(lái)認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)和把握其特性呢?(光是一種物質(zhì),它既具有粒子性,又具有波動(dòng)性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性,分別舉出有關(guān)光的干涉衍射和光電效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)事實(shí))。 我們不能片面地認(rèn)識(shí)事物,能舉出本學(xué)科或其他學(xué)科或生活中類(lèi)似的事或物嗎?(二)進(jìn)行新課1、康普頓效應(yīng)(1)光的散射:光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射。(2)康普頓效應(yīng) 1923年康普頓在做 X 射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入

3、射線波長(zhǎng)相同的射線外,還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線,其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān),而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。(3)康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律: 按經(jīng)典電磁理論:如果入射X光是某種波長(zhǎng)的電磁波,散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的!散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象,稱為康普頓散射??灯疹D散射曲線的特點(diǎn): 除原波長(zhǎng)外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng) 新波長(zhǎng)隨散射角的增大而增大。波長(zhǎng)的偏移為波長(zhǎng)的偏移只與散射角有關(guān),而與散射物質(zhì)種類(lèi)及入射的X射線的波長(zhǎng)無(wú)關(guān), = 0.0241=2.4110-3nm(實(shí)驗(yàn)值)稱為電子的pton波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng)與可比擬時(shí),康普頓效應(yīng)才顯著,因此要用X射線才能觀察到康普頓散射,用可見(jiàn)光觀察不到康

4、普頓散射。 (4)經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難 根據(jù)經(jīng)典電磁波理論,當(dāng)電磁波通過(guò)物質(zhì)時(shí),物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng),其頻率等于入射光頻率,所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。 無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。(5)光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋 若光子和外層電子相碰撞,光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少,于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞,光子將與整個(gè)原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量,根據(jù)碰撞理論, 碰撞前后光子能量幾乎不變,波長(zhǎng)不變。 因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān),所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。(6)康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義

5、有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè); 首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè);證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中,動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。2、光的波粒二象性 講述光的波粒二象性,進(jìn)行歸納整理。(1)我們所學(xué)的大量事實(shí)說(shuō)明:光是一種波,同時(shí)也是一種粒子,光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對(duì)的,是不同條件下的表現(xiàn),光子的行為服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。(2)光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率遵從波動(dòng)規(guī)律,物理學(xué)中把光波叫做概率波。3、光的波動(dòng)性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn): 大量光子行為顯示波動(dòng)性;個(gè)別光子行為顯示粒子性;光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),波動(dòng)性越強(qiáng);光的波長(zhǎng)越短,粒子性越強(qiáng)。光的波動(dòng)性不是光子之間相互作用引起的,是光子本身的一種屬性。例題:已知每秒從太陽(yáng)射到地球上垂直于太陽(yáng)光的每平方米截面上的輻射能為1.4103J,其中可見(jiàn)光部分約占45%,假設(shè)認(rèn)為可見(jiàn)光的波長(zhǎng)均為0.55m,太陽(yáng)向各個(gè)方向的輻射是均勻的,日地之間距離為R=1.51011m,估算出太陽(yáng)每秒輻射出的可見(jiàn)光的光子數(shù)。(保留兩位有效數(shù)字)

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