48-康普頓效應(yīng)資料課件

普朗克能量子理論

愛因斯坦光量子理論上講內(nèi)容：光與物質(zhì)相互作用的基本形式:光電效應(yīng)——光子論的提出康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)光子論的應(yīng)用和檢驗普朗克能量子理論愛因斯坦光量子理論上講內(nèi)容：光與物質(zhì)*愛因斯坦光子理論①光是以光速運動的光子流②每個光子能量和動量③光強即光的能流密度N:單位時間通過垂直于單位面積的光子個數(shù)*愛因斯坦光子理論①光是以光速運動的光子流②每個光子能量

1920年，美國物理學(xué)家康普頓在觀察X射線被物質(zhì)散射時，發(fā)現(xiàn)散射線中含有波長發(fā)生了變化的成分——散射束中除了有與入射束波長

0相同的射線，還有波長

>

0的射線.1920年，美國物理學(xué)家康普頓在觀察X射線被物質(zhì)散實驗裝置示意圖:X光被石墨散射X

射線管石墨體

X射線譜儀晶體一實驗裝置實驗裝置示意圖:X光被石墨散射X射線管石墨體X晶體一48-康普頓效應(yīng)資料課件①散射光②波長改變量③原子量越小的物質(zhì)，康普頓效應(yīng)越顯著二實驗結(jié)果①散射光②波長改變量③原子量越小的物質(zhì)，康普頓效應(yīng)越顯著二康普頓散射與散射角的關(guān)系相對強度0.7000.750?

(?)???????????????????????????????????康普頓散射與散射角的關(guān)系相對強度0.7000.750?(?三經(jīng)典理論的困難按經(jīng)典電磁理論，帶電粒子受到入射電磁波的作用而發(fā)生受迫振動，從而向各個方向輻射電磁波，散射束的頻率應(yīng)與入射束頻率相同，帶電粒子僅起能量傳遞的作用.可見，經(jīng)典理論無法解釋波長變長的散射線.三經(jīng)典理論的困難按經(jīng)典電磁理論，帶電1定性分析X射線（光子流）與散射物質(zhì)相互作用情況與散射物質(zhì)種類無關(guān)光子電子相互作用四量子解釋

入射光子（X

射線或射線）能量大

.范圍為：1定性分析X射線（光子流）與散射物質(zhì)相互作用情況與散射物質(zhì)

完全非彈性碰撞：光子被電子吸收，電子能量增加,當(dāng)電子能量足夠大時，成為光電子逸出。即光電效應(yīng)*光子、電子均視為“點粒子”，所以不考慮一般非彈性碰撞典型情況完全非彈性碰撞彈性碰撞非彈性碰撞完全非彈性碰撞：光子被電子吸收，電子能量增加,當(dāng)電子能

彈性碰撞光子內(nèi)層電子束縛強光子原子m<<M光子能量不變?nèi)鹄⑸涔庾油鈱与娮邮`弱光子自由電子光子能量減少電子反沖康普頓散射(能量不會顯著減小)原子量越小物質(zhì)發(fā)生第二種碰撞概率越大，康普頓效應(yīng)顯著。彈性碰撞光子內(nèi)層電子束縛強光子原子m<<M光子能量不變?nèi)?/p>

電子反沖速度很大，用相對論力學(xué)處理.

電子熱運動能量，可近似為靜止電子.

固體表面電子束縛較弱，視為近自由電子.

光子電子電子光子2定量計算電子反沖速度很大，用相對論力學(xué)處理.電子熱運動能量光子靜止自由電子彈性碰撞能量守恒動量守恒光子靜止自由電子彈性碰撞能量守恒動量守恒光子電子撞前撞后光子電子撞前撞后動量守恒：由能量守恒：質(zhì)速關(guān)系：余弦定理：建立方程動量守恒：由能量守恒：質(zhì)速關(guān)系：余弦定理：建立方程

康普頓波長

康普頓公式康普頓波長康普頓公式

散射光波長的改變量僅與有關(guān).

散射光子能量減小3

結(jié)論散射光波長的改變量僅與有關(guān).散射光子能量減小4

討論

若則，可見光觀察不到康普頓效應(yīng).光具有波粒二象性一般而言，光在傳遞過程中，波動性較為顯著；光與物質(zhì)相互作用時，粒子性比較顯著.4討論若則

與的關(guān)系與物質(zhì)無關(guān)，是光子與近自由電子間的相互作用.

散射中的散射光是因光子與緊束縛電子的作用.原子量大的物質(zhì)，其電子束縛較強，因而康普頓效應(yīng)不明顯.與的關(guān)系與物質(zhì)無關(guān)，是光5

物理意義證明了愛因斯坦光子假設(shè)的正確性。狹義相對論力學(xué)的正確性.

（相對論效應(yīng)在宏觀、微觀均存在）

微觀粒子的相互作用也遵守能量守恒和動量守恒定律.5物理意義證明了愛因斯坦光子假設(shè)的正確性。微觀粒子練習(xí)：解：

波長改變量相同對紫光入射光能量較低時，康普頓效應(yīng)不顯著，將主要觀察到光電效應(yīng)練習(xí)：解：波長改變量相同對紫光入射光能量較低時，康普頓

例1

波長的X射線與靜止的自由電子作彈性碰撞，在與入射角成角的方向上觀察，問：（2）反沖電子得到多少動能？（3）在碰撞中，光子的能量損失了多少？（1）散射波長的改變量為多少？例1波長