第三節(jié).康普頓效應(yīng)及其解釋課件

1、(最新整理)第三節(jié).康普頓效應(yīng)及其解釋2021/7/261第三節(jié)康普頓效應(yīng)及其解釋2021/7/262傳統(tǒng)的光的波動理論在解釋光電效應(yīng)時遇到了巨大的困難。后來，愛因斯坦在普朗克量子化理論的啟發(fā)下，提出了光子學說普朗克愛因斯坦2021/7/2631.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)。用X射線照射物體時，一部分散射出來的X射線的波長會變長，這個現(xiàn)象稱為康普頓

2、效應(yīng)2021/7/264康普頓正在測晶體對X 射線的散射 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！2021/7/265康普頓散射曲線的特點： 1.除原波長0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。 散射中出現(xiàn) 0 的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。波長的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o（A）0.7000.750波長.02021/7/266光子的能量和動量2021/7/267動量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的光子的能量:光子的動量:2021/7/268二、經(jīng)典電磁理論解釋康普頓效應(yīng)根據(jù)經(jīng)典電磁波理論

3、，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?？梢越忉岊l率不變的一般散射。 無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。2021/7/269三、光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：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。(碰撞過程滿足動量守恒和能量守恒)2021/7/26103.

4、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)。三、光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋2021/7/2611三.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?？灯疹D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?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎。2021/7/2612康普頓, (1892-1962)美國物理學家康普頓效應(yīng)1927年獲諾貝爾

5、物理學獎2021/7/261319251926年，吳有訓用銀的X射線(0 =5.62nm) 為入射線, 以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)，四、吳有訓對研究康普頓效應(yīng)的貢獻1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.對證實康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻。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。（1897-1977） 吳有訓2021/7/2614小結(jié)什么是康普頓效應(yīng)？經(jīng)典電磁理論解釋康普頓效應(yīng)：可以解釋頻率_的一般散射。 無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋：康普頓效應(yīng)是光子和電子作_的結(jié)果若光子和外層電子相碰撞，散射光的波長_。若光子和內(nèi)層電子相碰

6、撞，碰撞前后光子波長_。波長改變和散射角有關(guān)。彈性碰撞不變變長不變2021/7/2615小結(jié)5. 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。6. 光子的能量和動量2021/7/2616第四節(jié)光的波粒二象性2021/7/2617前言：衍射現(xiàn)象定義：是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現(xiàn)象。維基百科衍射又稱為繞射。衍射現(xiàn)象是波的特有現(xiàn)象，一切波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象。2021/7/2618擋水堰中間的缺口造成了水波衍射。 鋼針的衍射圓孔衍射圓屏衍射2021

7、/7/2619干涉現(xiàn)象定義：干涉是兩列或兩列以上的波在空間中重疊時發(fā)生疊加從而形成新波形的現(xiàn)象。維基百科在水波槽里，兩個點波源共同產(chǎn)生的干涉圖樣在歷史上，干涉現(xiàn)象及其相關(guān)實驗是證明光的波動性的重要依據(jù)。2021/7/2620光的雙縫干涉2021/7/2621不同色光通過同一雙縫產(chǎn)生的干涉圖樣2021/7/2622激光擋板屏暗條紋亮條紋證明光的波動性有人認為光的干涉沒有排除光是粒子的可能性。2021/7/2623激光擋板屏光強減弱到每次只產(chǎn)生一個光子顯示了光的粒子性曝光時間很短曝光時間延長波動性是每一個光子的屬性2021/7/2624一、波粒二象性光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象表明光具有波動性。光既有粒子性，又有波動性，單獨使用波或粒子的解釋都無法完整描述光的所有性質(zhì)，人們把這種性質(zhì)稱為波粒二象性光子是能量為h的微粒，表現(xiàn)出粒子性，而光子的能量與頻率有關(guān)，體現(xiàn)了波動性，所以光子是統(tǒng)一了波粒二象性的微粒。但是，在不同條件下的表現(xiàn)不同。2021/7/2625光的粒子性:1.與物質(zhì)發(fā)生作用時,表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)2.少量或個別光子容易顯示出粒子性3.頻率較大時,易顯示粒子性光的波動性:1.傳播時,表現(xiàn)出波的性質(zhì)2.大量光子容易顯示出波動性3.頻率較小時,易顯示波動性正確理解波粒二象性綜上所述，光的粒子性和波動性組成一個有機的統(tǒng)一體，并不是獨立存在的。2021/