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第六章 波粒二象性
第1節 光電效應及其解釋
第2課時
1.了解康普頓效應及其意義。
2.了解光電效應在生產生活中的應用。
3.理解光的波粒二象性,了解光是一種概率波。
1. 光的散射
光在介質中與物質微粒相互作用，因而傳播方向發生改變，這種現象叫做光的散射。
在地球上存在著大氣，太陽光經大氣中微粒散射后傳向各個方向，所以在地球看白天的天空各處都是亮的。而宇宙幾乎是真空的，在廣闊的宇宙空間中幾乎沒有物質，光不再散射只向前傳播，所以宇宙中的“天”才是黑的。
知識點一：康普頓效應
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，發現散射譜線中除了有波長與原波長相同的成分外，還有波長較長的成分，這種現象稱為康普頓效應。
3.康普頓效應的解釋
康普頓假設電子是自由電子，當光子與電子相互作用時，其過程可視為彈性碰撞，既遵守能量守恒定律，又遵守動量守恒定律。在碰撞中光子將能量 的一部分傳遞給了電子，光子的能量減少，波長變長，如圖6-8所示。
康普頓提出的理論與實驗結果相符，從而進一步說明光具有粒子性。
光電效應在自動化控制和光電成像領域有著廣泛應用。
1.光電開關
光電管是利用光電效應使 轉換成______
的基本光電轉換器件,應用光電管可控制電路接
通或斷開。如圖是光電控制報警電路,正常情況
下,光束照射到光電管,光電管產生 ,與光電管連接的電路有 ,電磁鐵產生磁場,吸引報警電路中的開關,使報警電路 ;當有物體從光源和光電管間通過時,擋住光束,光電管不再產生光電效應,與光電管連接的電路沒有電流,電磁鐵對報警電路的開關沒有吸引力,在彈簧彈力作用下,開關 ,警鈴發出警報。
光信號
電信號
光電效應
電流
斷開
閉合
知識點二：光電效應的應用
一款對射型光電開關
2.光電成像
光電成像的原理是利用光電效應先將 轉換成 ,然后將________轉換成 。
電荷耦合器件(簡稱CCD)是光電成像系統中將光信號轉換成電信號的器件,由眾多的微小光敏元件、電荷轉移電路、電荷讀取電路組成。CCD廣泛應用于數碼相機、掃描儀、數字攝像機等設備中。
光信號
電信號
電信號
光信號
數碼相機內的CCD傳感器
牛頓光的微粒說
光是實物粒子
光是振動形式在媒質的傳播——波
光是電磁波
光是能量子即光子
惠更斯和托馬斯·楊的光的波動說
到麥克斯韋的光的電磁理論
愛因斯坦的光子理論
人類對光的認識過程
知識點三：光的波粒二象性
光具有波粒二象性
傳播的過程中，表現出波動性
波長較長時，表現出波動性
波長較短時，表現出粒子性
與物體相互作用時，表現出粒子性
光的粒子性和波動性是在不同條件下的表現
波
光的波動性
光的粒子性
光的粒子性和波動性是相對的
粒
7個電子
100個電子
3000
20000
一個一個電子依次入射雙縫的衍射實驗：
70000
體現了粒子性
體現了波動性
粒子出現的概率高
粒子出現的概率低
為了對光的本性做進一步的考察與分析,物理學家把屏換成感光底片,在不斷變化光強的情況下,用短時間曝光的方法進行了光的雙縫干涉實驗(如圖所示)。
不同光強下光的雙縫干涉實驗結果
當光很弱時,光是作為一個個粒子落在感光底片上的,顯示出了光的粒子性;當光很強時,光與感光底片量子化的作用積累起來形成明暗相間的條紋,顯示出了光的波動性。
光很弱時,感光底片上的圖像與我們通常觀察到光的雙縫干涉的圖像相差很遠如圖(a);增強光的強度,光的雙縫干涉的圖像變得清晰起來如圖(b);當光較強時,得到的圖像與我們通常觀察到的光的雙縫干涉圖像一樣如圖(c)。這個實驗說明了什么
1.(多選)如圖所示是光控繼電器的示意圖。當用綠光照射光電管陰極K時,可以發生光電效應,則下列說法正確的是（ ）
A.增大綠光照射強度,光電子最大初動能增大
B.增大綠光照射強度,電路中的光電流增大
C.改用波長比綠光波長長的光照射光電管陰
極K時,一定能發生光電效應
D.改用頻率比綠光頻率大的光照射光電管陰極K時,一定能發生光電效應
BD
2.(多選)關于光的認識,下列說法正確的是（ ）
A.少量光子通過狹縫后落在感光底片上表現出光的波動性
B.延長曝光時間,大量光子通過狹縫后落在感光底片上遵循統計規律,表現出光的波動性
C.光的波動性是光子之間的相互作用引起的
D.光的波粒二象性應理解為:在某種場合下光的波動性表現明顯,在另外某種場合下,光的粒子性表現明顯
BD
3. 關于光的波粒二象性，下列說法錯誤的是( )
A. 光的頻率越高，光子的能量越大，粒子性越顯著
B. 光的波長越長，光的能量越小，波動性越顯著
C. 頻率高的光子不具有波動性，波長較長的光子不具有粒子性
D. 個別光子產生的效果往往顯示粒子性，大量光子產生的效果往往顯示波動性
C

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