PAGE7/7康普頓效應★新課標要求（一）知識與技能1．了解什么是康普頓效應2．了解康普頓效應的解釋3．了解光的波粒二象性（二）過程與方法經歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。（三）情感、態(tài)度與價值觀領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，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。★教學重點光的波粒二象性★教學難點康普頓效應的解釋★教學方法教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。★教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備★教學過程（一）引入新課一、康普頓對X射線散射的研究（1）光的散射光在介質中與物質微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現象叫做光的散射。（2）康普頓效應1923年康普頓在做X射線通過物質散射的實驗時，發(fā)現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，而與入射線波長和散射物質都無關。（3）康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：按經典電磁理論：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！散射中出現的現象，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，而與散射物質種類及入射的X射線的波長無關，=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）經典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難①根據經典電磁波理論，當電磁波通過物質時，物質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)射的散射光頻率應等于入射光頻率。②無法解釋波長改變和散射角的關系。（5）光子理論對康普頓效應的解釋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層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質量遠小于原子質量，根據碰撞理論，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，所以波長改變和散射角有關。（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；②首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設；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。展示演示文稿資料：康普頓康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒。康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。展示演示文稿資料：吳有訓對研究康普頓效應的貢獻1923年，吳有訓參加了發(fā)現康普頓效應的研究工作.1925—1926年，吳有訓用銀的X射線(=5.62nm)為入射線，以15種輕重不同的元素為散射物質，在同一散射角()測量各種波長的散射光強度，作了大量X射線散射實驗。對證實康普頓效應作出了重要貢獻。點評：應用物理學家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學生進行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，激發(fā)學生的探索精神。二、光的波粒二象性1.惠更斯認為，光是一種機械波；光波是一種靠物質載體來傳播的縱向波，傳播它的物質載體是“以太”；波面上的各點本身就是引起媒質振動的波源。根據這一理論，惠更斯證明了光的反射定律和折射定律，也比較好的解釋了光的衍射、雙折射現象和著名的“牛頓環(huán)”實驗。如果說這些理論不易理解，惠更斯又舉出了一個生活中的例子來反駁微粒說。如果光是由粒子組成的，那么在光的傳播過程中各粒子必然互相碰撞，這樣一定會導致光的傳播方向的改變。而事實并非如此。光電效應和康普頓效應并沒有否定光的波動性，愛因斯坦提出的光子能量與光的頻率有關，光子仍有波的特性。康普頓效應進一步證實了光的粒子性。是驗證光的波粒二象性的重要物理實驗之一。教師：在經典的物理學中，波和粒子是兩種不同的研究對象，具有非常不同的表現。那么對于光和電子、質子等粒子，這兩種互不相容的屬性又能“集于一身”呢？2.光的波粒二象性17世紀的微粒說和波動說是兩種對立的學說，都受到傳統(tǒng)觀念的影響，因為傳統(tǒng)觀念認為在宏觀現象中波動性和粒子性是對立的。微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，光子說沒有否定波動性和光的電磁說，光子的能量與頻率有關，頻率是波的特征。學生跟隨老師的講述對于原來所學的相關知識進行自主的回顧和歸納整理。點評：對于已經學習過的知識可以穿插在平常的教學過程中時常進行溫習反思和類比遷移，多次反復一定可以幫助學生更好的掌握和利用知識。[問題]：在微觀世界中，如何把波的圖象與粒子的圖象統(tǒng)一起來呢？學生思考、討論后給出一些答復，就各種答案加以分析提煉總結。點評：給學生一定的自主學習的時間和空間效果比被動的接受知識要好，能夠更加有效的培養(yǎng)他們的學習主動性和能動性。3.光波是概率波（1）光強講述：光的強度指單位時間內到達單位面積的光的能量，也就是明條紋處到達的光子多，暗條紋處到達的光子數少（2）概率波課件：伽爾頓板實驗實驗一：用很弱的光做雙縫干涉，暴光時間短，可看到膠片上出現一些無規(guī)則分布的點子。實驗二：暴光時間足夠長，有大量光子通過狹縫，底片上出現了規(guī)則的干涉條紋。學生認真觀察課件，不放過課件演示過程中的每一個細節(jié)，同時對觀察的認識意見做一些個別的討論和交流。點評：科學研究一定要有足夠的細心，課堂上的一些演示實驗和課件展示的觀察分析同樣如此，往往一些關鍵的現象是稍縱即逝，學生在這方面習慣的養(yǎng)成對他們今后的學習生活和研究工作會有莫大的幫助。講述：實驗一說明：光表現出粒子性，也看到光子的運動與宏觀現象中質點的運動不同，沒有一定的軌道。單個光子通過雙縫后的落點無法預測。實驗二說明：光的波動性是大量光子表現出來的現象，在干涉條紋中，那些光波強的地方是光子到達機會多的地方或是到達幾率大的地方，光波弱的地方是光子到達機會少的地方。光的波動性可看做是大量光子運動的規(guī)律。觀察實驗思考：是否可以認為光子之間的相互作用使它表現出波動性？學生持有不同的觀點，有的認為是光子之間的相互作用使它表現出波動性，有的則認為不是光子之間的相互作用使它表現出波動性，各執(zhí)己見，各抒己見。點評：學生在學習過程中有疑問是好事，能夠就相關的問題展開分析討論更是他們有濃厚求知欲的體現，應予以鼓勵和肯定。講述：實驗說明：如果狹縫只能讓一個光子通過，得到的照片和上面相同，把一個縫擋住，光屏上不再出現干涉條紋，說明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。4.光的波動性與粒子性是不同條件下的表現：講述：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，粒子性越強學生在進一步的實驗現象和理論知識的指引下，形成統(tǒng)一的觀點：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。點評：存疑——求解，人類社會的不斷發(fā)展和科學技術的日益進步都是在這樣的情景下取得。事實上，光子既有粒子的波動性，又有波的特性，即光具有波粒二象性波恩有概率波解釋了光的波粒二象性，概率波，包括物質波、光波等。指空間中某點某時刻可能出現的幾率。比如一個電子，如果是自由電子，那么它的波函數就是行波，就是說它有可能出現在空間中任何一點，每點幾率都相等。如果被束縛在氫原子里，并且處于基態(tài)，那么它出現在空間任何一點都有可能，但是在波爾半徑處幾率最大。對于你自己也一樣，你也有可能出現在月球上，但是和你坐在電腦前的幾率相比，是非常非常小的，以至于不可能看到這種情況。這些都是量子力學的基本概念，非常有趣。（三）課堂小結教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看