高三物理教案：《康普頓效應(yīng)》教學(xué)設(shè)計

　　康普頓效應(yīng)

　　三維教學(xué)目標

　　1、知識與技能

　　(1)了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量

　　(2)了解光既具有波動性，又具有粒子性;

　　(3)知道實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、過程與方法：

　　(1)了解物理真知形成的歷史過程;

　　(2)了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實驗事實以及實驗對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)度與價值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。

　　教學(xué)重點：實物粒子和光子一樣具有波粒二象性

　　教學(xué)難點：實物粒子的波動性的理解。

　　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：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來認識光的本質(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)等實驗事實)。

　　我們不能片面地認識事物，能舉出本學(xué)科或其他學(xué)科或生活中類似的事或物嗎?

　　(二)進行新課

　　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 射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。

　　(3)康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：

　　按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的!散射中出現(xiàn) 的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。

　　康普頓散射曲線的特點：

　　① 除原波長 外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長

　　② 新波長 隨散射角的增大而增大。波長的偏移為

　　波長的偏移只與散射角 有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長 無關(guān)，

　　= 0.0241?=2.41×10-3nm(實驗值)

　　稱為電子的Compton波長

　　只有當入射波長 與 可比擬時，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，用可見光觀察不到康普頓散射。

　　(4)經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難

　　①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，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。

　　②無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。

　　(5)光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋

　　①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，于是散射光的波長大于入射光的波長。

　　②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。

　　③因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。

　　(6)康普頓散射實驗的意義

　　①有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè);

　　②首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設(shè);③證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動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，進行歸納整理。

　　(1)我們所學(xué)的大量事實說明：光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對的，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計規(guī)律。

　　(2)光子在空間各點出現(xiàn)的概率遵從波動規(guī)律，物理學(xué)中把光波叫做概率波。

　　3、光的波動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性;個別光子行為顯示粒子性;光的波長越長，波動性越強;光的波長越短，粒子性越強。光的波動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：已知每秒從太陽射到地球上垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見光部分約占45%，假設(shè)認為可見光的波長均為0.55μm，太陽向各個方向的輻射是均勻的，日地之間距離為R=1.5×1011m，估算出太陽每秒輻射出的可見光的光子數(shù)。(保留兩位有效數(shù)字)